Estabelecimento de Metodologia para Determinação de para...
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Estabelecimento de Metodologia para Determinaccedilatildeo de222Rn por Espectrometria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido
para Aplicaccedilatildeo em Estudos de Reservatoacuterios dePetroacuteleo
Thiago Ceacutesar de Oliveira
Dissertaccedilatildeo apresentada como parte dos requisitospara obtenccedilatildeo do Grau de Mestre em Ciecircncia eTecnologia das Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
2008
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Comissatildeo Nacional de Energia NuclearCENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncia das Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
Estabelecimento de Metodologia para Determinaccedilatildeo
de 222Rn por Espectrometria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido
para Aplicaccedilatildeo em Estudos de Reservatoacuterios de
Petroacuteleo
Thiago Ceacutesar de Oliveira
Dissertaccedilatildeo apresentada como parte dos requisitos paraobtenccedilatildeo do Grau de Mestre em Ciecircncia e Tecnologiadas Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
Orientador Dr Rubens Martins Moreira
Belo Horizonte-MG2008
Aos meus pais meus irmatildeos e minha esposa
AGRADECIMENTOS
A Deus por iluminar meu caminho e ter me presenteado com uma famiacutelia e amigos semprepresentes
Ao meu orientador Rubens Martins Moreira pelo incentivo confianccedila e paciecircncia
Agrave Amenocircnia Maria Ferreira Pinto pelo apoio e por ter me acolhido na sala 109
Agrave Raquel Maia Mingote que me deu todo o suporte necessaacuterio para a realizaccedilatildeo deste trabalhopelo aprendizado puxotildees de orelha e amizade
Agraves colegas da sala 109 que estavam comigo durante todo o percurso em especial agrave CristianaEliane Gilmara Letiacutecia e Polyana
Aos colegas de mestrado Alysson Bruno Aguiar Bruno Debien Cassimiro Fred Kerley PauloOrnelas Paulo Rosado Sidney Simone Socircnia pelo conviacutevio e momentos de descontraccedilatildeo
Agrave Juliana Batista pela amizade apoio e aprendizado
Ao Zildete Rocha pelas horas de aprendizado no laboratoacuterio paciecircncia presteza e por disponi-bilizar os equipamentos do Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
Agraves bibliotecaacuterias Virgiacutenia Niacutevia e Lenira pelo auxiacutelio em diversas consultas e amizade
Agrave Capes pela concessatildeo da bolsa sem a qual seria impossiacutevel a realizaccedilatildeo deste trabalho
A todas as pessoas do CDTN que contribuiacuteram para a realizaccedilatildeo deste trabalho em especial aoNilton Gomes Liessi (Pozinho) Romaacuterio e Joseacute Augusto
Ao Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CDTNCNEN pelas anaacutelises laboratoacute-rios e toda infra-estrutura que foram a base para este trabalho
Agraves secretaacuterias da poacutes-graduaccedilatildeo Andrea e Roseli por todos os esclarecimentos
Ao coordenador da poacutes-graduaccedilatildeo Francisco Javier Rios
A todos os professores da poacutes-graduaccedilatildeo que muito me acrescentaram
5
Agrave minha esposa Andrea pelo carinho companheirismo e pelo imenso apoio em minha jor-nada
Aos meus pais pelo incentivo confianccedila amor e amizade
Aos meus irmatildeos pela forccedila carinho e amizade
A todas as pessoas e amigos que contribuiacuteram para a execuccedilatildeo deste trabalho e proporcionaraminuacutemeros momentos de descontraccedilatildeo
A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Comissatildeo Nacional de Energia NuclearCENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncia das Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
Estabelecimento de Metodologia para Determinaccedilatildeo
de 222Rn por Espectrometria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido
para Aplicaccedilatildeo em Estudos de Reservatoacuterios de
Petroacuteleo
Thiago Ceacutesar de Oliveira
Dissertaccedilatildeo apresentada como parte dos requisitos paraobtenccedilatildeo do Grau de Mestre em Ciecircncia e Tecnologiadas Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
Orientador Dr Rubens Martins Moreira
Belo Horizonte-MG2008
Aos meus pais meus irmatildeos e minha esposa
AGRADECIMENTOS
A Deus por iluminar meu caminho e ter me presenteado com uma famiacutelia e amigos semprepresentes
Ao meu orientador Rubens Martins Moreira pelo incentivo confianccedila e paciecircncia
Agrave Amenocircnia Maria Ferreira Pinto pelo apoio e por ter me acolhido na sala 109
Agrave Raquel Maia Mingote que me deu todo o suporte necessaacuterio para a realizaccedilatildeo deste trabalhopelo aprendizado puxotildees de orelha e amizade
Agraves colegas da sala 109 que estavam comigo durante todo o percurso em especial agrave CristianaEliane Gilmara Letiacutecia e Polyana
Aos colegas de mestrado Alysson Bruno Aguiar Bruno Debien Cassimiro Fred Kerley PauloOrnelas Paulo Rosado Sidney Simone Socircnia pelo conviacutevio e momentos de descontraccedilatildeo
Agrave Juliana Batista pela amizade apoio e aprendizado
Ao Zildete Rocha pelas horas de aprendizado no laboratoacuterio paciecircncia presteza e por disponi-bilizar os equipamentos do Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
Agraves bibliotecaacuterias Virgiacutenia Niacutevia e Lenira pelo auxiacutelio em diversas consultas e amizade
Agrave Capes pela concessatildeo da bolsa sem a qual seria impossiacutevel a realizaccedilatildeo deste trabalho
A todas as pessoas do CDTN que contribuiacuteram para a realizaccedilatildeo deste trabalho em especial aoNilton Gomes Liessi (Pozinho) Romaacuterio e Joseacute Augusto
Ao Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CDTNCNEN pelas anaacutelises laboratoacute-rios e toda infra-estrutura que foram a base para este trabalho
Agraves secretaacuterias da poacutes-graduaccedilatildeo Andrea e Roseli por todos os esclarecimentos
Ao coordenador da poacutes-graduaccedilatildeo Francisco Javier Rios
A todos os professores da poacutes-graduaccedilatildeo que muito me acrescentaram
5
Agrave minha esposa Andrea pelo carinho companheirismo e pelo imenso apoio em minha jor-nada
Aos meus pais pelo incentivo confianccedila amor e amizade
Aos meus irmatildeos pela forccedila carinho e amizade
A todas as pessoas e amigos que contribuiacuteram para a execuccedilatildeo deste trabalho e proporcionaraminuacutemeros momentos de descontraccedilatildeo
A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
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niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Comissatildeo Nacional de Energia NuclearCENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Ciecircncia das Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
Estabelecimento de Metodologia para Determinaccedilatildeo
de 222Rn por Espectrometria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido
para Aplicaccedilatildeo em Estudos de Reservatoacuterios de
Petroacuteleo
Thiago Ceacutesar de Oliveira
Dissertaccedilatildeo apresentada como parte dos requisitos paraobtenccedilatildeo do Grau de Mestre em Ciecircncia e Tecnologiadas Radiaccedilotildees Minerais e Materiais
Orientador Dr Rubens Martins Moreira
Belo Horizonte-MG2008
Aos meus pais meus irmatildeos e minha esposa
AGRADECIMENTOS
A Deus por iluminar meu caminho e ter me presenteado com uma famiacutelia e amigos semprepresentes
Ao meu orientador Rubens Martins Moreira pelo incentivo confianccedila e paciecircncia
Agrave Amenocircnia Maria Ferreira Pinto pelo apoio e por ter me acolhido na sala 109
Agrave Raquel Maia Mingote que me deu todo o suporte necessaacuterio para a realizaccedilatildeo deste trabalhopelo aprendizado puxotildees de orelha e amizade
Agraves colegas da sala 109 que estavam comigo durante todo o percurso em especial agrave CristianaEliane Gilmara Letiacutecia e Polyana
Aos colegas de mestrado Alysson Bruno Aguiar Bruno Debien Cassimiro Fred Kerley PauloOrnelas Paulo Rosado Sidney Simone Socircnia pelo conviacutevio e momentos de descontraccedilatildeo
Agrave Juliana Batista pela amizade apoio e aprendizado
Ao Zildete Rocha pelas horas de aprendizado no laboratoacuterio paciecircncia presteza e por disponi-bilizar os equipamentos do Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
Agraves bibliotecaacuterias Virgiacutenia Niacutevia e Lenira pelo auxiacutelio em diversas consultas e amizade
Agrave Capes pela concessatildeo da bolsa sem a qual seria impossiacutevel a realizaccedilatildeo deste trabalho
A todas as pessoas do CDTN que contribuiacuteram para a realizaccedilatildeo deste trabalho em especial aoNilton Gomes Liessi (Pozinho) Romaacuterio e Joseacute Augusto
Ao Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CDTNCNEN pelas anaacutelises laboratoacute-rios e toda infra-estrutura que foram a base para este trabalho
Agraves secretaacuterias da poacutes-graduaccedilatildeo Andrea e Roseli por todos os esclarecimentos
Ao coordenador da poacutes-graduaccedilatildeo Francisco Javier Rios
A todos os professores da poacutes-graduaccedilatildeo que muito me acrescentaram
5
Agrave minha esposa Andrea pelo carinho companheirismo e pelo imenso apoio em minha jor-nada
Aos meus pais pelo incentivo confianccedila amor e amizade
Aos meus irmatildeos pela forccedila carinho e amizade
A todas as pessoas e amigos que contribuiacuteram para a execuccedilatildeo deste trabalho e proporcionaraminuacutemeros momentos de descontraccedilatildeo
A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
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Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
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e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
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Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
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sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
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1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
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Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
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2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
b
222 R
n
234 T
h
210 P
b
238 U
234 U
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600
MeV
769
MeV
530
MeV
478
MeV
671
728
keV
3272
keV
17
64 k
eV
1162
keV
1508
15
42
271
keV
472
645
keV
472
4
78 M
eV
462
4
69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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Aos meus pais meus irmatildeos e minha esposa
AGRADECIMENTOS
A Deus por iluminar meu caminho e ter me presenteado com uma famiacutelia e amigos semprepresentes
Ao meu orientador Rubens Martins Moreira pelo incentivo confianccedila e paciecircncia
Agrave Amenocircnia Maria Ferreira Pinto pelo apoio e por ter me acolhido na sala 109
Agrave Raquel Maia Mingote que me deu todo o suporte necessaacuterio para a realizaccedilatildeo deste trabalhopelo aprendizado puxotildees de orelha e amizade
Agraves colegas da sala 109 que estavam comigo durante todo o percurso em especial agrave CristianaEliane Gilmara Letiacutecia e Polyana
Aos colegas de mestrado Alysson Bruno Aguiar Bruno Debien Cassimiro Fred Kerley PauloOrnelas Paulo Rosado Sidney Simone Socircnia pelo conviacutevio e momentos de descontraccedilatildeo
Agrave Juliana Batista pela amizade apoio e aprendizado
Ao Zildete Rocha pelas horas de aprendizado no laboratoacuterio paciecircncia presteza e por disponi-bilizar os equipamentos do Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
Agraves bibliotecaacuterias Virgiacutenia Niacutevia e Lenira pelo auxiacutelio em diversas consultas e amizade
Agrave Capes pela concessatildeo da bolsa sem a qual seria impossiacutevel a realizaccedilatildeo deste trabalho
A todas as pessoas do CDTN que contribuiacuteram para a realizaccedilatildeo deste trabalho em especial aoNilton Gomes Liessi (Pozinho) Romaacuterio e Joseacute Augusto
Ao Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CDTNCNEN pelas anaacutelises laboratoacute-rios e toda infra-estrutura que foram a base para este trabalho
Agraves secretaacuterias da poacutes-graduaccedilatildeo Andrea e Roseli por todos os esclarecimentos
Ao coordenador da poacutes-graduaccedilatildeo Francisco Javier Rios
A todos os professores da poacutes-graduaccedilatildeo que muito me acrescentaram
5
Agrave minha esposa Andrea pelo carinho companheirismo e pelo imenso apoio em minha jor-nada
Aos meus pais pelo incentivo confianccedila amor e amizade
Aos meus irmatildeos pela forccedila carinho e amizade
A todas as pessoas e amigos que contribuiacuteram para a execuccedilatildeo deste trabalho e proporcionaraminuacutemeros momentos de descontraccedilatildeo
A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
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Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
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sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
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1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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AGRADECIMENTOS
A Deus por iluminar meu caminho e ter me presenteado com uma famiacutelia e amigos semprepresentes
Ao meu orientador Rubens Martins Moreira pelo incentivo confianccedila e paciecircncia
Agrave Amenocircnia Maria Ferreira Pinto pelo apoio e por ter me acolhido na sala 109
Agrave Raquel Maia Mingote que me deu todo o suporte necessaacuterio para a realizaccedilatildeo deste trabalhopelo aprendizado puxotildees de orelha e amizade
Agraves colegas da sala 109 que estavam comigo durante todo o percurso em especial agrave CristianaEliane Gilmara Letiacutecia e Polyana
Aos colegas de mestrado Alysson Bruno Aguiar Bruno Debien Cassimiro Fred Kerley PauloOrnelas Paulo Rosado Sidney Simone Socircnia pelo conviacutevio e momentos de descontraccedilatildeo
Agrave Juliana Batista pela amizade apoio e aprendizado
Ao Zildete Rocha pelas horas de aprendizado no laboratoacuterio paciecircncia presteza e por disponi-bilizar os equipamentos do Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
Agraves bibliotecaacuterias Virgiacutenia Niacutevia e Lenira pelo auxiacutelio em diversas consultas e amizade
Agrave Capes pela concessatildeo da bolsa sem a qual seria impossiacutevel a realizaccedilatildeo deste trabalho
A todas as pessoas do CDTN que contribuiacuteram para a realizaccedilatildeo deste trabalho em especial aoNilton Gomes Liessi (Pozinho) Romaacuterio e Joseacute Augusto
Ao Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CDTNCNEN pelas anaacutelises laboratoacute-rios e toda infra-estrutura que foram a base para este trabalho
Agraves secretaacuterias da poacutes-graduaccedilatildeo Andrea e Roseli por todos os esclarecimentos
Ao coordenador da poacutes-graduaccedilatildeo Francisco Javier Rios
A todos os professores da poacutes-graduaccedilatildeo que muito me acrescentaram
5
Agrave minha esposa Andrea pelo carinho companheirismo e pelo imenso apoio em minha jor-nada
Aos meus pais pelo incentivo confianccedila amor e amizade
Aos meus irmatildeos pela forccedila carinho e amizade
A todas as pessoas e amigos que contribuiacuteram para a execuccedilatildeo deste trabalho e proporcionaraminuacutemeros momentos de descontraccedilatildeo
A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Agrave minha esposa Andrea pelo carinho companheirismo e pelo imenso apoio em minha jor-nada
Aos meus pais pelo incentivo confianccedila amor e amizade
Aos meus irmatildeos pela forccedila carinho e amizade
A todas as pessoas e amigos que contribuiacuteram para a execuccedilatildeo deste trabalho e proporcionaraminuacutemeros momentos de descontraccedilatildeo
A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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A alegria estaacute na luta na tentativa no so-
frimento envolvido e natildeo na vitoria propri-
amente dita
Mahatma Gandhi
RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
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e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
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Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
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sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
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1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
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canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nuacutem
ero
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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RESUMO
A proposta deste trabalho foi desenvolver uma metodologia analiacutetica para determinaccedilatildeo de222Rn em aacutegua de abastecimento puacuteblico e subterracircnea visando futuramente sua utilizaccedilatildeoem campos de produccedilatildeo de petroacuteleo
Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) do petroacuteleo haacute a necessidade do desenvolvimento denovas teacutecnicas e compostos que possam atuar como traccediladores visando maximizar a produccedilatildeoO radioisoacutetopo 222Rn foi escolhido para ser utilizado como traccedilador por ser um emissor α
natural estar presente no sistema e particionar em proporccedilotildees bem definidas entre as fasesaquosa e oleosa
A metodologia empregada para a quantificaccedilatildeo do radocircnio baseou-se na teacutecnica de Espectro-metria de Cintilaccedilatildeo em Liacutequido (LSC ) Esta teacutecnica eacute um dos meacutetodos de contagem maissensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo das radiaccedilotildees alfa e beta
As anaacutelises dos padrotildees e amostras foram realizadas utilizando dois coqueteacuteis distintos UltimaGoldT M AB misciacutevel em aacutegua e OptiscintT M imisciacutevel em aacutegua As eficiecircncias para cadacoquetel foram calculadas determinando qual coquetel apresenta melhor performance (melhorseparaccedilatildeo αβ e menor interferecircncia)
O desenvolvimento deste trabalho utilizou o Espectrocircmetro Quantulus 1220 (Perkin Elmer) oqual possui um analisador de forma de pulso (PSA) que permite a separaccedilatildeo de emissotildees alfae beta As coletas das amostras foram otimizadas visando minimizar a perda de 222Rn Paracalibraccedilatildeo do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi utilizado um padratildeo de 226Ra (SRM 4967A -NIST) com atividade de 2482 Bq gminus1
Os efeitos de quenche possiacuteveis interferecircncias devido agrave outros radionucliacutedeos no processo deextraccedilatildeo foram estudados As anaacutelises de radocircnio foram realizadas em aacuteguas de abastecimentopuacuteblico e subterracircnea As coletas foram realizadas em Belo Horizonte nas dependecircncias doCDTNCNEN
ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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ABSTRACT
The purpose of the present work is to develop an analytical methodology for the determinationof 222Rn in surface water and in groundwater that will make possible the use of this radionuclideas a natural tracer in oil reservoirs
In secondary (or attended) oil recovery processes in oil fields there is a necessity of developingnew methods for labeling compounds that can act as tracers that can be used to obtain infor-mation on the performance of those procedures aiming at their optimization One other optionthat requires further tests is the utilization of naturally occurring radionuclides as radiotracersfor this same purpose
The radioisotope 222Rn has been chosen for use as a tracer because it is an alpha emitter thatis naturally produced in the reservoir rocks system and becomes partitioned in a well-definedproportion between the water and oil phases of the reservoir
The methodology that will be used for the quantification of the radon is based on the LiquidScintillation Spectrometry (LSC) technique This technique is one of the most sensitive methodsof radiation counting and the most used one for determining and quantifying alpha and betaradiation
The analyses of the standards and samples were carried using two distinct cocktail types watermiscible and immiscible namely Ultima GoldT M AB and OptiscintT M cocktails respectivelyThe efficiencies for each cocktail has been calculated and this pointed to which cocktail per-formed better (in terms of better αβ separation and less interference)
In this investigation a Liquid Scintillation Spectrometer Quantulus 1220 (Perkin Elmer) is usedprovided with a pulse shape analyzer (PSA) that allows separate counting of α and β emis-sions
Care was taken during sample collection in order to minimize radon losses For calibration ofthe Quantulus 1220 spectrometer a 226Ra standard solution (SRM 4967A - NIST) with an activ-ity of 2482 Bq gminus1 was used The effect of quenching and the interferences due to other radionu-clides in the measurement have also been studied Radon analyses were been performed bothin surface water and groundwater The samples were collected at the CDTNCNEN premisessited within the urban region in Belo Horizonte
SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
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Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
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Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
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niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
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3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
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O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
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Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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SUMAacuteRIO
1 Introduccedilatildeo 1311 Objetivo 16
111 Objetivo geral 16112 Objetivos especiacuteficos 16
2 Revisatildeo Bibliograacutefica 1721 Radocircnio 1722 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural 20
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua 2123 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC 22
231 Interferentes na LSC 23232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC 25233 Regiotildees de contagem 29234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo 30235 Frasco de contagem 30236 Coleta de amostras 31237 Coquetel de cintilaccedilatildeo 31
3 Metodologia 3331 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo 3332 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn 3533 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA 3534 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua 36
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens 36342 Caacutelculos 37
35 Materiais e Equipamentos 38
4 Resultados e Discussotildees 4041 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Optiscint 40
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint 40412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint 42
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
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Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
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sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
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1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 4342 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel Ultima Gold AB 46
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB 46422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB 46423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua 50
43 Influecircncia do quench 55
5 Conclusatildeo 56
Referecircncias Bibliograacuteficas 59
A Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo 63
LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
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niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
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3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
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O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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VILLA M MORENO H P MANJON G Determination of 226Ra and 224Ra in sedimentssamples by liquid scintillation counting Radiat Meas [Sl] v39 p543ndash550 2005
63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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LISTA DE FIGURAS
21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura 1722 Seacuterie de Decaimento do 222Rn 1823 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido 2324 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer 2525 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β 2626 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal 2627 Graacutefico com a amplitude normalizada 2728 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA 27
41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115 4142 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA 4243 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85 4344 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115 4645 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr 4746 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado - coquetel Ultima Gold AB 4847 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn - coquetel Ultima Gold
AB 4848 Espectros do padratildeo de 226Ra degasado e em equiliacutebrio sobrepostos - coquetel
Ultima Gold AB 4949 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95 53410 Comparaccedilatildeo dos espectros α - coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 55
A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U 64A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th 66A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U 68
LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
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Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
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sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
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1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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LISTA DE TABELAS
11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1) 15
21 Radioisoacutetopos do radocircnio 1822 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos 1923 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA 2924 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC 3125 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC 32
41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint 4042 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 -
coquetel Optiscint 4443 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 -
coquetel Optiscint 4544 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint 4545 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel Ultima
Gold AB 5146 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5247 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5248 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 5349 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB 53410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio 54411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint 54
A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U 63A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th 65A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U 67
13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
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niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
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3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
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Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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13
1 Introduccedilatildeo
Um campo de interesse para aplicaccedilatildeo de novas teacutecnicas e novos compostos devido agrave sua grandeimportacircncia econocircmica e estrateacutegica eacute a induacutestria petroquiacutemica
O petroacuteleo eacute uma fonte de energia natildeo renovaacutevel de origem foacutessil e de grande importacircnciapara o homem pois fornece grande parte da energia mundial utilizada no transporte e eacute uma dasprincipais fontes de energia e de mateacuterias primas para muitas outras finalidades
O estudo de novas teacutecnicas e novos compostos eacute importante para auxiliar na extraccedilatildeo do petroacuteleoe para determinaccedilatildeo do impacto da contaminaccedilatildeo provenientes de vazamentos ou descarga desubstacircncias nocivas em efluentes
A extraccedilatildeo do petroacuteleo passa por duas fases produccedilatildeo primaacuteria e produccedilatildeo secundaacuteria (ouassistida) Na produccedilatildeo primaacuteria ocorre a extraccedilatildeo de no maacuteximo 25 do que eacute armazenadoem uma formaccedilatildeo permanecendo os restantes 75 inseridos nos poros e fissuras das rochas(BJOslashRNSTAD MAGGIO 2004) Na produccedilatildeo secundaacuteria (ou assistida) ocorre a injeccedilatildeoartificial de diferentes fluidos especialmente a aacutegua visando incrementar a produccedilatildeo
A aacutegua tratada eacute injetada em certos poccedilos denominados injetores para forccedilar o petroacuteleo re-manescente a emergir em outros poccedilos chamados produtores isto eacute os poccedilos injetores e ospoccedilos produtores se acham interconectados de alguma maneira e a esse conjunto se daacute o nomede arranjo ou malha Esta teacutecnica pode chegar a contribuir para uma extraccedilatildeo da ordem deaproximadamente 50 do total do petroacuteleo inicialmente presente
Os traccediladores satildeo utilizados para auxiliar a produccedilatildeo secundaacuteria de petroacuteleo fornecendo infor-maccedilotildees importantes como por exemplo a trajetoacuteria percorrida pela aacutegua injetada durante a fasede extraccedilatildeo e o volume por ela varrido Tambeacutem satildeo utilizados para marcar uma determinadaporccedilatildeo do fluido permitindo assim a caracterizaccedilatildeo hidrodinacircmica do transporte do mesmo aolongo dos canais de fluxo (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
Os traccediladores podem ser divididos em dois grupos
1 Quanto agrave radioatividade
Isotoacutepicos podem ser divididos em traccediladores radioativos expressamente adiciona-dos radioativos naturais ativaacuteveis (formados por nucliacutedeos natildeo radioativos) isoacutetoposestaacuteveis
14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
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218Po 214Po
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Decaimento β
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NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
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86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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14
Natildeo isotoacutepicos consistem em determinados compostos quiacutemicos soluacuteveis em aacuteguae facilmente identificaacuteveis principalmente compostos iocircnicos e corantes Haacute tambeacutemoutros traccediladores das naturezas mais diversas como microesferas esporos de vegetaiscascas de cereais e diversos outros
2 Quanto agrave ocorrecircncia
Artificiais satildeo aqueles injetados pelo homem no sistema
Naturais se encontram presentes no sistema podendo ser radioativos ou natildeo
Um elemento para ser utilizado como traccedilador deve ser transportado de maneira idecircntica agrave dofluido que estaacute marcando (Traccedilador ideal) As caracteriacutesticas principais para que um compostopossa ser considerado um bom traccedilador satildeo
1 Determinaccedilatildeo quantitativa em baixas concentraccedilotildees
2 Natildeo reagir com o sistema em estudo
3 Manipulaccedilatildeo segura
4 Baixo custo
Por estas razotildees o elemento quiacutemico radocircnio pode ser utilizado como traccedilador para a avaliaccedilatildeoda saturaccedilatildeo de petroacuteleo em um reservatoacuterio pois este eacute gerado em maiores ou menores taxasem todos os reservatoacuterios posto que as rochas dos mesmos sempre contecircm alguma quantidadede seus precursores o uracircnio e o toacuterio Ou seja trata-se de um potencial radiotraccedilador que jaacuteestaacute presente no sistema dispensando sua produccedilatildeo transporte para o campo e injeccedilatildeo
De ainda maior interesse para o uso do 222Rn como traccedilador em reservatoacuterio eacute a sua propriedadede se particionar segundo proporccedilotildees bem definidas entre as fases aquosa e oleosa potenciali-zando uma avaliaccedilatildeo da razatildeo volumeacutetrica destas duas fases (PAULO 2006 SEMPRINI HOP-KINS TASKER 2000) O conhecimento da proporccedilatildeo da fase oleosa no volume liacutequido totalpresente no reservatoacuterio de petroacuteleo conhecido como saturaccedilatildeo de oacuteleo permite a cubagem dareserva remanescente e de seu valor econocircmico
Para que o 222Rn seja aplicado como um traccedilador eacute necessaacuterio ser medido por uma teacutecnicacom grande precisatildeo e capacidade de alcanccedilar baixiacutessimos limites de detecccedilatildeo devido agraves altastaxas de diluiccedilatildeo nas quais o referido traccedilador se apresentaraacute no sistema a ser estudado Umametodologia comumente empregada para a quantificaccedilatildeo do 222Rn em aacutegua eacute a espectrometriade cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC) Desde os anos 80 a teacutecnica LSC utilizando separaccedilatildeo αβ vemsendo aplicada na Finlacircndia para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas subterracircneas (SALONEN2006a) Eacute uma teacutecnica que permite analisar um grande nuacutemero de amostras em seacuterie de maneirafaacutecil raacutepida e precisa Sua aplicaccedilatildeo para a determinaccedilatildeo de 222Rn em aacuteguas subterracircneas
15
e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
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5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
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Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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e de abastecimento puacuteblico tem sido descrita na literatura (SALONEN HUKKANEN 1997LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A LSC permite levando em consideraccedilatildeo a composiccedilatildeo dos coqueteacuteis cintiladores seguir duasrotas analiacuteticas distintas a primeira utilizando coquetel misciacutevel em aacutegua e a segunda utili-zando coquetel imisciacutevel em aacutegua Desta forma pode-se avaliar qual tipo de coquetel proporci-ona uma maior eficiecircncia na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
Baixos limites de detecccedilatildeo satildeo desejaacuteveis para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudosde reservatoacuterios de petroacuteleo Isto pode ser alcanccedilado utilizando-se um espectrocircmetro de ultra-baixo niacutevel de radiaccedilatildeo de fundo Foi adquirido pelo CDTN 1 atraveacutes do projeto Multitracer(FINEP CDTN PETROBRAacuteS)2 o espectrocircmetro Perkin Elmer Quantulus 1220 Este espec-trocircmetro de cintilador liacutequido possui um analisador de forma de pulso (PSA) o qual permite aseparaccedilatildeo de emissotildees αβ e ainda possibilita baixiacutessimos niacuteveis de background caracteriacutesticasnecessaacuterias para a determinaccedilatildeo de 222Rn
Neste trabalho busca-se implementar a metodologia de determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua porLSC Para a aplicaccedilatildeo do 222Rn como traccedilador em estudos de reservatoacuterios de petroacuteleo deve-seconsiderar a presenccedila de possiacuteveis agentes de quench3 e o elevado grau de salinidade dasaacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo
Nas aacuteguas do mar e de produccedilatildeo 4 em termos de salinidade tem-se a presenccedila principalmentedo cloreto de soacutedio (TAB 11) A salinidade das aacuteguas injetadas na plataforma marinha noBrasil eacute de aproximadamente 33 g Lminus1 sendo que as aacuteguas de poccedilos de produccedilatildeo tecircm umasalinidade maior pois sua composiccedilatildeo pode variar amplamente dependendo do tipo de campo esua idade origem e qualidade do oacuteleo bem como do procedimento usado para sua extraccedilatildeo
Tabela 11 Salinidade na Aacutegua (g kgminus1)
Iacuteons Aacutegua de produccedilatildeo Aacutegua do mar Aacutegua de abastecimento puacuteblico
Clminus 402 194 lt 01
Na+ 225 108 09
K+ 04 04 09
Ca2+ 16 04 03
Mg2+ 09 13 01
SO2+4 - 27 -
Principais iacuteons presentes na aacutegua do mar Poccedilo de produccedilatildeo - Campo de Namorado Bacia deCampos - Brasil (Fonte (ROCHA et al 1998)) Aacutegua do mar (Fonte (HORNE 1969)) Aacutegua de abastecimento puacuteblico (Fonte Agecircncia Nacional de aacuteguas - ANA)
1Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear2Desenvolvimento de uma metodologia de traccediladores muacuteltiplos para a caracterizaccedilatildeo de reservatoacuterios de petroacuteleo3Substacircncias que causam interferecircncia na mediccedilatildeo4A combinaccedilatildeo da aacutegua de injeccedilatildeo com a aacutegua de formaccedilatildeo daacute origem a aacutegua de produccedilatildeo
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Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
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2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
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sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
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canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
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50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
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canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
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50
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200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
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100
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
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150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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214 P
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222 R
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keV
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eV
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69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
ero
Atocirc
mic
o
89A
ctiacuten
io
88R
aacutedio
86R
adocircn
io
84Po
locircni
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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16
Devido agraves diversas variaacuteveis envolvidas neste tipo de matriz e na definiccedilatildeo da rota analiacuteticaeste estudo propotildeem-se estabelecer uma metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua deabastecimento puacuteblico e subterracircnea por espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido Sua futuraaplicaccedilatildeo em aacutegua de produccedilatildeo seraacute considerada na escolha da rota analiacutetica a ser otimizadapara esta matriz
11 Objetivo
111 Objetivo geral
Desenvolvimento de metodologia para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua por espectrometria decintilaccedilatildeo em liacutequido
112 Objetivos especiacuteficos
bull Comparar a performance de dois cintiladores com caracteriacutesticas distintas misciacutevel eimisciacutevel em aacutegua
bull Definir os paracircmetros de anaacutelise como eficiecircncia de contagem valor oacutetimo de PSA regiatildeode contagen e limite de detecccedilatildeo
17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
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222 R
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234 T
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keV
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eV
462
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69 M
eV
415
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eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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17
2 Revisatildeo Bibliograacutefica
21 Radocircnio
O radocircnio Rn (Z = 86) eacute um elemento radioativo pertencente ao grupo dos gases nobres daTabela Perioacutedica Eacute um emissor α gasoso agrave temperatura ambiente incolor inodoro insiacutepidoApresenta alta solubilidade em aacutegua agrave temperatura de aproximadamente (20oC) a qual decrescecom o aumento da temperatura (LrsquoANNUNZIATA 1998b) A solubilidade do radocircnio em aacuteguaeacute dada pela constante de Ostwald K(T) Equaccedilatildeo 21
K(T ) =Cw
Ca(21)
onde Cw e Ca satildeo as concentraccedilotildees do radocircnio na aacutegua e no ar respectivamente apoacutes tendosido atingido o equiliacutebrio termodinacircmico A FIG 21 mostra a variaccedilatildeo de K(T) em funccedilatildeo datemperatura
Figura 21 Variaccedilatildeo da constante de Ostwald com a temperatura - Fonte Clever HL uaSolubility Data Series Vol 2 Krypton Xenon Radon Gas Solubilities p 463-468 Pergamon Press Oxford 1985
O radocircnio de ocorrecircncia natural apresenta trecircs radioisoacutetopos cada um deles provenientes deuma das trecircs seacuteries naturais de desintegraccedilatildeo radioativa Os esquemas de decaimento bemcomo as energias e meia-vidas dos nucliacutedeos estatildeo apresentados no Anexo A
O nome radocircnio eacute comumente empregado para o radioisoacutetopo 222Rn os demais satildeo denomina-dos de torocircnio (220Rn) e actinocircnio (219Rn) Destes o 222Rn eacute o mais importante devido tanto a
18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
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keV
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eV
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69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
ero
Atocirc
mic
o
89A
ctiacuten
io
88R
aacutedio
86R
adocircn
io
84Po
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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18
sua maior meia-vida quanto agrave abundacircncia de seu pai 226Ra Suas propriedades estatildeo resumidasna TAB 21
Tabela 21 Radioisoacutetopos do radocircnio
Rn Nome comum Eα MeV (Intensidade) Meia-vidalowast Seacuterie natural222Rn radocircnio 548 (9992 ) 382 d 238U220Rn torocircnio 629 (9989 ) 556 s 232Th219Rn actinocircnio 682 (7940 ) 396 s 235U
d= dias s = segundosFonte NuDat2 - Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Para fins de caacutelculos de eficiecircncia do radocircnio seraacute considerada a cadeia de decaimento do222Rn somente ateacute o 214Po devido agrave longa meia-vida do 210Pb (t12= 223 a) o qual natildeo con-tribuiraacute significativamente nos caacutelculos da atividade total (FIG 22) Tratando-se de equiliacutebrioradioativo tem-se o equiliacutebro transiente quando a meia-vida do pai for pelo menos 10 vezesmaior que a meia-vida do filho e o equiliacutebrio secular quando a meia-vida do pai for cerca de100 a 1000 vezes maior que a meia-vida do filho Pode-se arbitrar o tempo necessaacuterio para queocorra o equiliacutebrio como sendo comumente entre 7 e 10 meia-vidas dependendo da precisatildeoda aplicaccedilatildeo (TURNER 1995)
214Pb
222Rn
210Pb
218Po 214Po
206Pb
210Po
210Bi
226Ra
214Bi
emissor γImportanteγ
Decaimento β
αDecaimento
MeiaminusvidaTempos
NuDat2 minus Decay Radiation Databasehttpwwwnndcbnlgovnudat2versatildeo 2332007
Meiaminusvidas e Energias
82 Chumbo
83 Bismuto
84 Polocircnio
86 Radocircnio
88 Raacutedio
NuacutemeroAtocircmico
Nome
1600 anos
310 minutos
268 minutosγ
223 anos
5013 dias138375 dias
1643 microsegundos199 minutos
γ
38235 dias
549 MeV
600 MeV 769 MeV530 MeV
478 MeV
671 728 keV
3272 keV
17 64 keV
1162 keV1508 1542
ESTAacuteVEL
Figura 22 Seacuterie de Decaimento do 222Rn
A TAB 22 mostra o tempo necessaacuterio para alcanccedilar um equiliacutebrio correspondente a 7 meia-vidas O tempo necessaacuterio para que ocorra o equiliacutebrio entre o 222Rn e seus filhos eacute de aproxi-madamente 4 horas e o equiliacutebrio entre o 226Ra e seus filhos eacute de aproximadamente 30 dias
19
Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
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canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nuacutem
ero
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Nuacutem
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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Tabela 22 Equiliacutebrio entre 226Ra222Rn e 222Rnfilhos
Radionucliacutedeos Tempo necessaacuterio para equiliacutebrio226Ra222Rn 7 x 38 d = 268 d222Rn218Po 7 x 31 min = 217 min222Rn214Pb 7 x 268 min = 31 h222Rn214Bi 7 x 199 min = 23 h222Rn214Po 7 x 164 micros = 1148 micros
d= dias h = horas min = minutos s = segundos micros = microsegundos
Estudos mostram que os filhos do radocircnio satildeo as maiores fontes de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo cercade 60 em atmosferas com pouca renovaccedilatildeo tais como minas de galerias porotildees e recintosfechados
Embora presente em rochas materiais de construccedilatildeo minas subterracircneas a principal rota demigraccedilatildeo do 222Rn (acumulaccedilatildeo e transporte) na natureza eacute devida agraves aacuteguas subterracircneas (UNS-CEAR 2000) Ocorre tambeacutem em alguns tipos de solos onde sua atividade estaacute diretamenterelacionada agrave composiccedilatildeo quiacutemica dos mesmos
Nos sistemas aquiacuteferos o 222Rn produzido por decaimento do 226Ra membro da seacuterie do 238Ucontido em fraccedilotildees de minerais eacute expelido de seu local de formaccedilatildeo no cristal da rocha peloefeito de ricochete sofrido pelo nuacutecleo do 226Ra ao emitir uma partiacutecula α e se transformar em222Rn
Apoacutes ser deslocado da rede cristalina o aacutetomo de 222Rn migra atraveacutes de suas falhas e aoencontrar aacutegua infiltrada nos interstiacutecios da rocha nela se dissolve
A composiccedilatildeo mineral das rochas do aquiacutefero controla a taxa de emanaccedilatildeo do 222Rn 1 Contudoa solubilidade dos compostos do 226Ra em aacutegua conquanto baixa em geral tambeacutem possibilitaa existecircncia deste metal dissolvido na aacutegua em contato com a rocha
Assim tecircm-se duas fontes de radocircnio em aacutegua
1 por decaimento radioativo do raacutedio dissolvido chamado de radocircnio suportado
2 por emanaccedilatildeo direta do radocircnio contido na matriz mineral chamado de radocircnio natildeo-suportado
As concentraccedilotildees de radocircnio em aacutegua variam de acordo com a concentraccedilatildeo meacutedia de uracircnioa qual estaacute relacionada com a composiccedilatildeo geoloacutegica de cada regiatildeo Algumas variaacuteveis in-fluenciam diretamente na concentraccedilatildeo de radocircnio em aacutegua tais como (FRENGSTAD et al2002)
1Emanaccedilatildeo processo pelo qual o radocircnio escapa do material soacutelido
20
1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
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Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
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tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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1 Fatores hidrodinacircmicos velocidade em que a aacutegua subterracircnea estaacute fluindo podendoproporcionar a ocorrecircncia do equiliacutebrio entre as fases mineral e dissolvida
2 Fatores geomeacutetricos a capacidade de passagem da aacutegua subterracircnea pela fratura da su-perfiacutecie de contato eacute inversamente proporcional ao teor de radocircnio
3 Fatores fiacutesicos a pressatildeo e a temperatura influenciam no teor de radocircnio e estatildeo direta-mente relacionados com o coeficiente de solubilidade deste em aacutegua
4 Fatores quiacutemicos por ser um elemento da famiacutelia dos gases nobres a influecircncia quiacutemicaseraacute reduzida em comparaccedilatildeo a outros fatores
5 Possibilidades de degasagem de radocircnio poderaacute ocorrer perda de radocircnio no sistema queestaacute sendo mensurado pois aleacutem de se tratar de um elemento gasoso particiona com aaacutegua ar e compostos orgacircnicos
6 Concentraccedilotildees de raacutedio dissolvido na aacutegua a concentraccedilatildeo do radocircnio estaacute diretamenteligada agrave quantidade de seu precursor imediato (226Ra) presente no sistema a qual porsua vez depende do pH e da concentraccedilatildeo de outros sais na aacutegua (principlamente os dacoluna 2 da Tabela Perioacutedica em especial o baacuterio)
7 Mineralogia das fases que contecircm o raacutedio e o uracircnio
22 Aplicaccedilotildees do 222Rn como traccedilador natural
As pesquisas sobre a utilizaccedilatildeo de 222Rn na monitoraccedilatildeo de contaminaccedilotildees tiveram iniacutecio na uacutel-tima deacutecada e se concentraram na localizaccedilatildeo e quantificaccedilatildeo da presenccedila de NAPLs e DNAPLs(ldquoNon-Aqueous Phase Liquidsrdquo e ldquoDense Non-Aqueous Phase Liquidsrdquo) infiltrados no subsoloConforme mencionado acima o radocircnio migra pelos poros e fendas da rocha e se neles encon-trar um liacutequido (aacutegua oacuteleo ou ambos) entra em soluccedilatildeo Na ausecircncia de fases orgacircnicas aconcentraccedilatildeo do radocircnio em aacuteguas subterracircneas alcanccedila rapidamente o valor de saturaccedilatildeo
Entretanto na presenccedila de NAPLs ou de oacuteleos a concentraccedilatildeo do radocircnio na aacutegua subterracircneaeacute substancialmente reduzida devido agrave sua maior solubilidade na fase orgacircnica (SEMPRINIHOPKINS TASKER 2000) Por ser soluacutevel em mais de uma das fases liacutequidas em contatoele eacute cognominado traccedilador de particcedilatildeo Semelhantemente agrave constante de Ostwald a proporccedilatildeodas concentraccedilotildees entre as duas fases eacute dada pelo coeficiente de particcedilatildeo aacutegua-oacuteleo Kp Equaccedilatildeo22
Kp =Co
Cw(22)
21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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21
onde Co e Cw satildeo as concentraccedilotildees de radocircnio nas fases oacuteleo e aacutegua respectivamente apoacutes tersido estabelecido o equiliacutebrio termodinacircmico entre os dois liacutequidos em contato
A possibilidade de utilizar o 222Rn como traccedilador adveacutem do fato de que ele eacute capaz de indicara quantidade de oacuteleo ou NAPL Sendo o radocircnio mais soluacutevel em oacuteleo do que em aacutegua por serapolar a atividade do 222Rn na fase aquosa decresce sensivelmente nos locais em que as duasfases entram em contato Conhecendo-se o valor do coeficiente de particcedilatildeo pode-se determinara quantidade de oacuteleo ou NAPL presentes HUNKELER et al (1997) demonstraram que estaquantidade eacute dada pela Equaccedilatildeo 23
S =AAominus1
Kpminus1(23)
onde S eacute a saturaccedilatildeo de oacuteleo ou NAPL no volume poroso2 A e Ao satildeo as atividades de 222Rn naaacutegua sem e com contato com a fase orgacircnica respectivamente
Portanto o conhecimento do paracircmetro Kp viabiliza a quantificaccedilatildeo da contaminaccedilatildeo ou dooacuteleo residual e a mediccedilatildeo da atividade de 222Rn em amostras drsquoaacutegua sem e com contato coma fase orgacircnica Somando o conhecimento do valor destes paracircmetros aos das caracteriacutesticashidrogeoloacutegicas do aquumliacutefero e aos seus paracircmetros hidraacuteulicos torna-se possiacutevel modelar aconformaccedilatildeo da ldquomanchardquo de contaminaccedilatildeo e ateacute mesmo sua possiacutevel evoluccedilatildeo ou seja otransporte no meio-ambiente sub-superficial (HUNKELER et al 1997)
O meacutetodo dos traccediladores natildeo soacute informa o que acontece com fluido rastreado como tambeacutemquantifica as taxas agraves quais os fenocircmenos se processam A vantagem sobre outros meacutetodosanaliacuteticos convencionais de monitoraccedilatildeo de natureza pontual eacute que os traccediladores definem o queacontece em uma regiatildeo mais ampla Tais informaccedilotildees permitem localizar regiotildees atingidas (ounatildeo) por contaminaccedilotildees diagnosticar causas e orientar quanto agraves intervenccedilotildees para remediaccedilatildeode problemas (SEMPRINI HOPKINS TASKER 2000)
221 Teacutecnicas para determinaccedilatildeo de 222Rn em aacutegua
Devido ser uma importante fonte de exposiccedilatildeo agrave radiaccedilatildeo ionizante e por ser o 222Rn ampla-mente utilizado como traccedilador de particcedilatildeo a determinaccedilatildeo deste radioisoacutetopo em aacutegua vemsendo realizada por diferentes teacutecnicas destacando-se
2Volume de oacuteleo ou NAPL dividido pelo volume de poros
22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
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Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
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niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
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3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
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O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
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Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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22
1 Espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteN-CHEZ ESCOBAR 2004)
2 Ceacutelula de Lucas com cintilador de ZnS (BONOTTO 2004 PAULO 2006)
3 Cacircmara de ionizaccedilatildeo (AMRANI CHEROUATI CHER-CHALI 2000 HAMLAT et al 2003)
4 Espectrometria gama (FREYER 1997)
Como o interesse deste trabalho eacute a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua por LSC este trabalhoseraacute centralizado nesta teacutecnica
23 Determinaccedilatildeo de 222Rn por LSC
O uso da espectrometria de cintilaccedilatildeo em liacutequido (LSC ) para determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguapermite realizar medidas precisas em grande nuacutemero de amostras analisadas sendo uma teacutecnicaque apresenta boa reprodutibilidade (SALONEN HUKKANEN 1997 FORTE et al 2003)
A LSC eacute um dos meacutetodos mais sensiacuteveis amplamente utilizado para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeodos tipos mais comuns de decaimento nuclear (alfa beta ou gama) Inicialmente empregadona determinaccedilatildeo de emissores β de baixa energia como 3H 14C e 35S e posteriormente com aimplementaccedilatildeo da separaccedilatildeo αβ por anaacutelise de pulsos nos espectrocircmetros comerciais dos anos80 esta teacutecnica passou a ser bastante empregada na anaacutelise de emissores α Por apresentar efi-ciecircncia de contagem α de aproximadamente 100 e baixo background baixiacutessimos limitesde detecccedilatildeo (003-009 Bq Lminus1) podem ser alcanccedilados (SALONEN 1993a)
A anaacutelise por LSC baseia-se na conversatildeo de parte da energia cineacutetica de uma partiacutecula ionizanteem foacutetons A intensidade do foacuteton detectado eacute funccedilatildeo da energia e do tipo de decaimento nuclearenquanto o nuacutemero de foacutetons eacute proporcional ao nuacutemero de decaimentos nucleares
Nessa teacutecnica a amostra e o cintilador satildeo misturados homogeneamente (cintilador misciacutevel) ouheterogeneamente (cintilador imisciacutevel) A energia das radiaccedilotildees pode ser absorvida pelo meioem trecircs formas de energia teacutermica iocircnica e excitaccedilatildeo de moleacuteculas da soluccedilatildeo Esta uacuteltimaexcita os eleacutetrons das camadas eletrocircnicas das moleacuteculas do cintilador e estes posteriormentese desexcitam emitindo foacutetons com intensidade proporcional agrave energia da radiaccedilatildeo absorvidaEsses foacutetons incidem em uma fotoceacutelula extraindo eleacutetrons que satildeo multiplicados em um foto-multiplicador produzindo um pulso eleacutetrico esse por sua vez alimenta um amplificador capazde fornecer pulsos eleacutetricos adequados a um sistema eletrocircnico de contagem onde os pulsossatildeo analisados e separados em funccedilatildeo de sua energia e contados por um sistema multicanal(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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23
Figura 23 Diagrama de bloco simplificado de um Cintilador Liacutequido
A FIG 23 apresenta um diagrama simplificado de um cintilador liacutequido mostrando os princi-pais componentes
bull tubos fotomultiplicadores (TFM) - detecta a luz e amplifica seu sinal eleacutetrico
bull cacircmara de contagem - a amostra eacute colocada entre os TFM
bull circuito de coincidecircncia - somente acusam uma contagem quando detectam sinais simul-tacircneos nos dois TFM
bull circuito de adiccedilatildeo e amplificaccedilatildeo - soma conforma e amplia as amplitudes dos sinaisgerados
bull analisador multicanal do espectro de energia - analisa o espectro total de energia (anaacutelisede pulso)
231 Interferentes na LSC
Existem alguns fatores que podem causar interferecircncias nas contagens As principais interferecircn-cias na contagem devem-se agrave radiaccedilatildeo de background quench(quiacutemico e oacuteptico) presenccedilade muacuteltiplos radionucliacutedeos na mesma amostra e luminescecircncia
1 Background Eacute devido agrave radiaccedilatildeo externa agrave amostra tais como radiaccedilatildeo cocircsmica e am-biental ruiacutedo do instrumento emissatildeo espontacircnea de eleacutetrons dos TFM e radioatividadedos materias do proacuteprio tubo A taxa de contagem do backgroundeacute determinada pelacontagem de um branco Dessa forma eacute contado um frasco contendo o coquetel e to-dos os demais constituintes quiacutemicos usados na separaccedilatildeo da amostra misturados comaacutegua destilada 3 com exceccedilatildeo do radionucliacutedeo de interesse A contagem relativa dobackgroundeacute sempre subtraiacuteda da contagem da amostra para se obter a contagem realda amostra
3Aacutegua destilada proveniente das termas Antocircnio Carlos (Poccedilos de Caldas MG) considerada livre de triacutetio
24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
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niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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24
2 Quench Neste fenocircmeno a soluccedilatildeo da amostra pode absorver a energia do decai-mento nuclear ou foacutetons produzidos pela cintilaccedilatildeo reduzindo assim a taxa de conta-gem da amostra A relaccedilatildeo entre a taxa de contagens (cpm contagem por minuto) e ataxa de desintegraccedilotildees (dpm desintegraccedilotildees por minuto) varia de acordo com a ener-gia de decaimento radioativo Assim quanto menor a energia de decaimento maior eacuteo efeito do quenchna eficiecircncia de contagem O quenchtem duas causas comuns(LrsquoANNUNZIATA 1998a)
bull quenchquiacutemico causado pela presenccedila de uma substacircncia quiacutemica que absorveenergia do processo de contagem
bull quenchoacuteptico causado pela natureza fiacutesica da amostra (coloraccedilatildeo) absorvendo osfoacutetons no frasco de cintilaccedilatildeo antes de serem detectados e quantificados pelos TFM
Portanto para emissores α o fenocircmeno de quenchnatildeo afeta muito a eficiecircncia de con-tagem o pico monoenergeacutetico α eacute simplesmente deslocado para uma intensidade menormas a aacuterea total sobre o espectro natildeo muda significativamente
3 Radionucliacutedeos Diversos radionucliacutedeos podem estar presentes e interferir quando oespectro de energia de dois deles se sobrepotildee
4 Luminescecircncia A luminescecircncia se refere agrave emissatildeo de foacutetons como consequecircncia dacintilaccedilatildeo originada por outros meios aleacutem do decaimento nuclear Haacute dois tipos princi-pais de luminescecircncia fotoluminescecircncia e quimioluminescecircncia
bull A fotoluminescecircncia eacute o resultado da exposiccedilatildeo da mistura amostracoquetel agrave luzultravioleta Eacute normalmente um foacuteton unitaacuterio e decai em poucos minutos Portantopara eliminar esse efeito basta deixar a amostra na ausecircncia de luz por um periacuteodode aproximadamente 15 minutos
bull A quimioluminescecircncia eacute a produccedilatildeo de luz dentro do coquetel devido a uma reaccedilatildeoquiacutemica
Um meacutetodo para monitoraccedilatildeo do quench chamado Razatildeo de Canais (Sample Channels Ratio- SCR ) (HORROCKS 1974) eacute utilizado para indicar interferecircncias por meio da razatildeo dascontagens registradas em diferentes regiotildees O valor teoacuterico da razatildeo de canais da regiatildeo decontagem do 214Po pela regiatildeo α total (222Rn 218Po e 214Po) eacute 033 quando as partiacuteculasα satildeo observadas com uma eficiecircncia de aproximadamente 100 (SALONEN 2006b) Apresenccedila de interferentes na amostra altera o valor da razatildeo de canais obtido diferindo-o dovalor teoacuterico
Outro meacutetodo indicador de quench denominado SQP(E) utiliza uma fonte externa de radia-ccedilatildeo γ A amostra eacute contada na ausecircncia e na presenccedila desta fonte O espectro Compton geradoeacute analisado obtendo-se um paracircmetro indicador de quench Para o espectrocircmetro Quantulus
25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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25
1220 (FIG 24) eacute utilizada uma fonte de 152Eu e determinado o paracircmetro SQP(E) O valor doSQP(E) eacute definido como o nuacutemero do canal correspondente a 9975 do espectro Compton(PERKINELMER 2004) Quanto maior o valor obtido menor o niacutevel de quenchda amostraUma variaccedilatildeo nesse valor indicaraacute a existecircncia de interferentes na amostra (LrsquoANNUNZIATA1998a)
Figura 24 Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
232 Determinaccedilatildeo alfabeta por LSC
O Quantulus 1220 eacute um espectrocircmetro de cintilador liacutequido que mede niacuteveis muito baixos deradioatividade proacuteximos ao do background Uma de suas ferramentas mais importantes eacute aanaacutelise de forma de pulso (PSA4) que permite a separaccedilatildeo de pulsos α e β
Esta separaccedilatildeo eacute possiacutevel por causa da diferenciaccedilatildeo na duraccedilatildeo dos pulsos isto eacute de acordocom o tipo de evento (α ou β ) o pulso seraacute mais longo ou mais curto Por ter maior poder deionizaccedilatildeo as partiacuteculas α teratildeo um pulso mais longo devido agrave sua maior interaccedilatildeo com a ma-teacuteria pois excitam estados tripletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do cintilador que demandammais tempo para desexcitar da ordem de algumas centenas de nanosegundos Jaacute as emissotildees β
apresentaratildeo um pulso de menor duraccedilatildeo cerca de 35 a 40 ns mais curtos (LrsquoANNUNZIATA1998b) devido agrave sua menor interaccedilatildeo Isto ocorre devido a elas excitarem apenas estados sin-gletos dos eleacutetrons π das moleacuteculas do soluto (PATES et al 1998)
4PSA = Pulse Shape Analyser
26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
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Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
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keV
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eV
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69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
ero
Atocirc
mic
o
89A
ctiacuten
io
88R
aacutedio
86R
adocircn
io
84Po
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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26
A FIG 25 mostra espectros das radiaccedilotildees α e β ilustrando as diferenccedilas de duraccedilatildeo dospulsos
Figura 25 Duraccedilatildeo dos pulsos de partiacuteculas α e β (PERKINELMER 2004)
O princiacutepio do PSA no espectrocircmetro Quantulus 1220 consiste no seguinte processamento ele-trocircnico dos pulsos
bull Todos os pulsos satildeo integrados durante um tempo longo o bastante para possibilitar adiferenciaccedilatildeo entre pulsos curtos e longos
bull O espectro de energia dos pulsos medidos eacute processado de forma a fornecer um espectrode contagem tridimensional (FIG 26)
Figura 26 Amplitude total do sinal em funccedilatildeo do comprimento da cauda do sinal(PERKINELMER 2004)
bull O plano DuraccedilatildeoAltura eacute dividido em duas partes por uma linha reta os pulsos acimadela satildeo dirigidos para o espectro de pulsos longos os pulsos abaixo dela satildeo dirigidospara o espectro de pulsos curtos O posicionamento da reta eacute controlado por um ajuste do
27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
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de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
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Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
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5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
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Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
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tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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27
niacutevel de PSA se esta reta tiver sido corretamente posicionada o primeiro dos espectrosacima eacute um espectro α puro e o segundo um β puro
bull A informaccedilatildeo sobre o comprimento do pulso eacute normalizada para o pulso de maior alturade modo a se obter independecircncia da amplitude (FIG 27)
Figura 27 Graacutefico com a amplitude normalizada (PERKINELMER 2004)
No caso do espectrocircmetro Quantulus 1220 foi estabelecida uma escala de valores do PSA quevaria de 1 (todos eventos classificados como α) a 256 (todos eventos classificados como β )
O oacutetimo valor de PSA para separaccedilatildeo αβ depende do tipo de coquetel e frascos utilizadosEste valor eacute definido a fim de se obter a menor interferecircncia de emissores α na janela β evice-versa A determinaccedilatildeo dessas interferecircncias cruzadas podem ser calculadas levantando-seseparadamente os espectros de dois padrotildees um emissor α puro e um emissor β puro
A FIG 28 ilustra a pesquisa do miacutenimo de interferecircncia alcanccedilada utilizando o discriminadorPSA A figura tambeacutem mostra que este valor oacutetimo definido para o PSA natildeo impede que algunspulsos devidos a radiaccedilatildeo α sejam contados como β e vice-versa Eacute como se parte das contagensα e β tivessem vazado para os campos opostos A esta fonte de erro inevitaacutevel conquantominimizada daacute-se portanto o nome de spillover
Figura 28 Meacutetodo de otimizaccedilatildeo do PSA pela minimizaccedilatildeo do spillover(SALONEN HUK-KANEN 1997)
28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
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250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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28
As interferecircncias cruzadas podem ser calculadas de acordo com as equaccedilotildees de spillover(Equaccedilotildees 24 25) (SALONEN 2004) ou interferecircncia τ (Equaccedilotildees 26 27 e 28) (SANCHEZ-CABEZA et al 1993) As equaccedilotildees de spillover satildeo usualmente utilizadas na determinaccedilatildeode interferecircncias para contagens de α total e β total
Sα =CBα
CBβ
(24)
Sβ =CAβ
CAα
(25)
τα =CAβ
CAα +CAβ
(26)
τβ =CBα
CBα +CBβ
(27)
τ = τα + τβ (28)
Onde
bull Sα - spillover α
bull Sβ - spillover β
bull τα - interferecircncia α
bull τβ - interferecircncia β
bull τ - interferecircncia total
bull Cα - contagem observada na janela α
bull Cβ - contagem observada na janela β
A e B - correspondem a fonte α e β respectivamente
Para utilizar um desses meacutetodos tem-se que definir os padrotildees emissores α e β puros Paraselecionar o PSA utilizando o coquetel misciacutevel utilizam-se emissores α e β puros (TAB 23)com energia proacutexima agrave do radionucliacutedeo de interesse Para a anaacutelise do 222Rn podem ser usados241Am (RUSCONI et al 2006 KIM KIM LEE 2001 SALONEN HUKKANEN 1997)210Po (PATES et al 1998) 90Sr90Y (RUSCONI et al 2006 PATES et al 1998) e 36Cl (KIMKIM LEE 2001 SALONEN 1993a)
29
Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Tabela 23 Emissores α e β comumente usados para otimizaccedilatildeo do PSA
Radionucliacutedeo Emissor Energia (MeV) Intensidade ()210Po
α
5304 100226Ra 4780 9445239Pu 4869 100
241Am 5440 131
5490 84836Cl
β
0251 981690Sr 0546 10099Tc 0294 100
Fonte NuDat2-Decay Radiation Database Disponiacutevel em httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em 27032007
Entretanto em se tratando de coqueteacuteis imisciacuteveis eacute utilizado um padratildeo de 226Ra para otimi-zaccedilatildeo do PSA Onde este eacute escolhido atraveacutes da anaacutelise das eficiecircncias de contagens α na regiatildeodo 214Po (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
233 Regiotildees de contagem
Satildeo definidas geralmente duas regiotildees de contagens correspondendo a
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
Observa-se que natildeo haacute presenccedila do radionucliacutedeo 226Ra na regiatildeo de contagem α total paraos coqueteacuteis Optiscint e Ultima Gold AB Para o coquetel Ultima Gold AB deve-se agrave retiradadeste degasando o padratildeo de 226Ra com N2 e para o coquetel Optiscint deve-se ao fato deste serimisciacutevel e o radionucliacutedeo 226Ra natildeo se particionar com a fase orgacircnica como seraacute explicadona Seccedilatildeo 31
Estas regiotildees diferem entre si pois o pico do 214Po destaca-se dos demais devido a partiacuteculaα do 214Po possuir maior energia que aquelas dos outros emissores5 A vantagem de se utilizara regiatildeo do 214Po eacute a minimizaccedilatildeo de possiacuteveis interferecircncias devido a outros radionucliacutedeospresentes na amostra tais como 226Ra 238U e 235U e possiacuteveis descendentes destes radionucliacute-deos
De acordo com SALONEN (1993b) a eficiecircncia do 214Po eacute menor cerca de 86 enquanto quea eficiecircncia de outros emissores alfa seria de aproximadamente 100 Isto eacute explicado parcial-
5Ver TAB A1 no Anexo A
30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
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5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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30
mente devido agrave meia-vida curta do 214Po onde algumas contagens satildeo perdidas durante o tempomorto do equipamento Utilizando um fator de correccedilatildeo para o tempo morto do equipamentoque eacute de 81 micros a eficiecircncia do 214Po pode ser aumentada para 966
Uma outra razatildeo para a eficiecircncia de 86 no pico do 214Po eacute que o sistema de anticoincidecircnciado Quantulus guard counter elimina 5 das contagens do 214Po observadas simultanea-mente com radiaccedilotildees γ de alta energia do seu pai 214Bi Esta porcentagem pode ser facilmentemedida desligando-se o sistema de anticoincidecircncia do equipamento A incerteza da atividadeespeciacutefica da soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra pode tambeacutem fazer variar a eficiecircncia do 214Po em ateacute5 (SALONEN 1993b)
A eficiecircncia α natildeo alcanccedilaraacute o valor teoacuterico de 100 devido aos fatores perda de radocircnio pordifusatildeo no espaccedilo vazio do frasco de contagem incerteza na atividade do padratildeo rdquoquenchingrdquoe rdquospilloverrdquo alfa (SALONEN 2006b)
234 Padrotildees de Calibraccedilatildeo
A utilizaccedilatildeo de um padratildeo de radocircnio eacute o indicado mas devido agrave meia-vida relativamente curtae agrave dificuldade de se obter este padratildeo eacute utilizado usualmente um padratildeo de 226Ra Poreacutemeste uacuteltimo natildeo eacute de faacutecil utilizaccedilatildeo na calibraccedilatildeo pela dificuldade de se conhecer exatamentea quantidade de outros radionuciacutedeos existentes na soluccedilatildeo tais como 210Pb 210Bi e 210Po(SALONEN 1993b)
235 Frasco de contagem
Para uso na LSC hoje se encontra no mercado uma variedade de frascos confeccionados comdiferentes materiais No entanto para a escolha do frasco a ser utilizado eacute levado em contao custobenefiacutecio para cada tipo de material Entre os frascos de borossilicato polietileno epolietileno revestido com teflon este uacuteltimo foi escolhido por minimizar a perda de radocircnio ealcanccedilar boa separaccedilatildeo α e β (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004) quando comparado aosfrascos de polietileno e de borossilicato e ainda apresenta menor custo em relaccedilatildeo ao frasco deborossilicato
Os frascos utilizados no Quantulus 1220 apresentam um volume de aproximadamente 20 mLnatildeo impedindo que a amostra seja obtida de uma porccedilatildeo maior sendo necessaacuteria a realizaccedilatildeode extraccedilatildeo eou enriquecimento da amostra obtendo-se desta maneira o volume suportado NoQuantulus 1220 satildeo acondicionados 60 frascos divididos em trecircs bases independentes
31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
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5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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31
236 Coleta de amostras
As amostras devem ser coletadas visando minimizar ao maacuteximo a perda de radocircnio Apoacutes acoleta satildeo transferidas imediatamente para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de umaseringa de vidro De acordo com (SALONEN 1993a) uma quantidade de amostracoquetel narazatildeo 1012 preenche quase que totalmente o frasco diminuindo assim a perda de radocircnio parao ar
Depois de coletadas as amostras satildeo tampadas e agitadas aproximadamente por um tempo de 1minuto As amostras devem ser mantidas em ausecircncia de luz ultravioleta (solar e fosforescente)e sob refrigeraccedilatildeo por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias tempo necesaacuterio para queocorra o equiliacutebrio 226Ra222Rn (SALONEN 1993ab)
237 Coquetel de cintilaccedilatildeo
Existem coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo agrave base de solventes tais como di-isopropil-naftaleno (DIN)tolueno xileno Entre estes foi escolhido para esta pesquisa os coqueteacuteis agrave base de DIN poisapresentam baixa permeabilidade atraveacutes dos frascos de polietileno o que minimiza a perda doradocircnio para o meio e ainda lhes confere as seguintes vantagens menor volatilidade alto pontode fulgor menor toxicidade e maior biodegradabilidade quando comparados aos coqueteacuteis agravebase de tolueno
Haacute duas linhas de pesquisas sobre os tipos de coqueteacuteis a serem utilizados na determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC coqueteacuteis imisciacuteveis em aacutegua e coqueteacuteis misciacuteveis em aacutegua Nas Tabelas24 e 25 estatildeo relacionados alguns dos coqueteacuteis mais utilizados na LSC
Tabela 24 Coqueteacuteis imisciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Ultima Gold-F di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006) 222Rn (CANTALOUB et al1998)
OptiScint di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003)
Optifluor O linear alquil-benzeno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 222Rn (KIN-NER et al 1991)
Ordela SX-06 tolueno 222Rn (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCO-BAR 2004)
32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
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50
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70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
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ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
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40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
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Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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32
Tabela 25 Coqueteacuteis misciacuteveis mais utilizados na LSC
Nome do coquetel Tipo de Solvente Radionucliacutedeos Mensurados
Instagel 124 trimetil-benzeno 228226Ra e 222Rn (OLIVEIRAet al 2001) 226Ra e 210Pb (KIMKIM LEE 2001)
Optiphase Hisafe 3 di-isopropil-naftaleno 238234U 3H 222Rn e 228226Ra(FORTE et al 2003) 226224Ra(VILLA MORENO MANJON2005) α e β total(DEVOL et al1996) U e 226Ra (SALONEN1993a)
Optiphase Hisafe 2 di-isopropil-naftaleno 238234U 226228Ra 210Po 40K210Pb e 228Ra (SALONEN 2006a)α e β total (DEVOL et al 1996)U e 226Ra (SALONEN 1993a)
Ultima Gold-AB di-isopropil-naftaleno 226Ra e 210Pb (KIM KIM LEE2001) α e β total(DEVOL et al1996)
Ultima Gold-XR di-isopropil-naftaleno U e 226Ra (SALONEN 1993a) α eβ total(DEVOL et al 1996)
Ultima Gold-LLT di-isopropil-naftaleno 222Rn (PATES MULLINGER2006)
Quicksafe 400 di-isopropil-naftaleno α e β total (RUSCONI et al 2006)
33
3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
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REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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3 Metodologia
As anaacutelises de aacutegua foram realizadas com o objetivo de verificar a eficiecircncia na determinaccedilatildeodo radocircnio por LSC nas condiccedilotildees estabelecidas
Para realizaccedilatildeo destas anaacutelises foram utilizados dois coqueteacuteis com caracteriacutesticas distintasvisando analisar variaccedilotildees na eficiecircncia de contagem e na taxa de contagem do backgroundOs coqueteis escolhidos foram Ultima Gold AB e Optiscint ambos da PerkinElmer
O Ultima Gold AB eacute um coquetel misciacutevel em aacutegua agrave base de di-isopropil-naftaleno (DIN)formulado especificamente para discriminaccedilatildeo αβ e apresenta boa resoluccedilatildeo de pulsos (DE-VOL et al 1996 KIM KIM LEE 2001) O Optiscint um coquetel imisciacutevel em aacutegua foiescolhido porque tambeacutem eacute agrave base de DIN Ambos os coqueteacuteis Ultima Gold AB e OptiScintHisafe foram escolhidos tambeacutem por apresentarem menor custo comparativamente a outros co-queteacuteis
Optou-se por utilizar um frasco de cintilaccedilatildeo de polietileno de baixa difusatildeo revestido de teflone tampa com revestimento interno em alumiacutenio minimizando a fuga de radocircnio 1 A razatildeoamostracoquetel foi definida igualmente para ambos os coqueteacuteis sendo 10 mL de amostra e12 mL de coquetel de cintilaccedilatildeo
Os procedimentos para preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo definiccedilatildeo das regiotildees de contagempara caacutelculo da atividade de 222Rn determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA e aplicaccedilatildeo da deter-minaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua estatildeo descritos a seguir
Por uma questatildeo de simplificaccedilatildeo o niacutevel do PSA seraacute daqui para a frente referido simplesmentecomo PSA
31 Preparo dos padrotildees de calibraccedilatildeo
Foi utilizada uma soluccedilatildeo de 226Ra em equiliacutebrio com 222Rn de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1
para calibraccedilatildeo do espectrocircmetro A soluccedilatildeo de trabalho foi preparada por diluiccedilatildeo gravimeacutetricada soluccedilatildeo padratildeo SRM 4967A (NIST) com data de referecircncia de 01092003 (NIST 2003)
1Identificaccedilatildeo PerkinElmer 6000477 Lot 31 jan 2006
34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
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250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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34
O backgroundfoi determinado pela contagem de 10 mL de aacutegua destilada e 12 mL de coquetelpor aproximadamente 60 minutos
A atividade dos padrotildees de calibraccedilatildeo foi determinada utilizando uma balanccedila analiacutetica MettlerToledo - AG285 Aliacutequotas da soluccedilatildeo de trabalho foram pesadas diretamente nos frascos decontagem completando o volume ateacute aproximadamente 10 g com aacutegua destilada e adicionandoem seguida 12 mL do coquetel de cintilaccedilatildeo obtendo-se uma concentraccedilatildeo de atividade de1 Bq por frasco Os frascos foram agitados por aproximadamente 1 minuto e armazenadossob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia de luz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrioradioativo 226Ra222Rn
Para o coquetel Ultima Gold AB um branco foi determinado atraveacutes da contagem de uma so-luccedilatildeo padratildeo de 226Ra a qual foi borbulhada com N2 por um periacuteodo de aproximadamente 4hvisando assim retirar todo o 222Rn contido na soluccedilatildeo Esta soluccedilatildeo foi contada imediatamenteapoacutes a degasagem A soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra foi armazenado sob refrigeraccedilatildeo e na ausecircncia deluz por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn e contadaapoacutes esse periacuteodo podendo-se obter a concentraccedilatildeo de radocircnio existente no padratildeo de 226Ra
Para o coquetel Optiscint foi preparado um padratildeo utilizando a soluccedilatildeo de 226Ra que tam-beacutem foi degasada deixada em repouso e contada apoacutes o tempo necessaacuterio para o alcance doequiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Ultima Gold AB foram utilizados os padrotildees de241Am com atividade de 11056plusmn 001 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2004) e de 90Sr comatividade de 8355plusmn 079 Bq mLminus1 (CNEN IRD LNMRI 2006) respectivamente emissoresα e β puros com datas de referecircncia de 150304 e 100806 respectivamente
Foi pesada uma aliacutequota de cada um dos padrotildees em frascos distintos completado-se com aacuteguadestilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Em seguida os frascos foram tampadose agitados por aproximadamente 1 minuto e contados
Desse modo o valor oacutetimo de PSA foi definido onde as interferecircncias de emissotildees α na janelaβ satildeo minimizadas e vice-versa (SANCHEZ-CABEZA et al 1993 SALONEN 2006a)
Para a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint por este ser imisciacutevel foi utilizada umasoluccedilatildeo de 226Ra de atividade 218plusmn 026 Bq mLminus1 pesando-se uma aliacutequota dessa soluccedilatildeodiretamente no frasco completado-se com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amos-tracoquetel Em seguida o frasco foi tampado agitado por aproximadamente 1 minuto e arma-zenado por aproximadamente 30 dias para alcance do equiliacutebrio radioativo 226Ra222Rn
Apoacutes este periacuteodo a soluccedilatildeo foi contada em diferentes valores de PSA (55-115) para detemina-ccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Todos os padrotildees foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora
35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
b
222 R
n
234 T
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238 U
234 U
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keV
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eV
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4
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eV
415
4
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eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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35
32 Definiccedilatildeo das regiotildees de contagem para caacutelculo
da atividade de 222Rn
As regiotildees de contagens foram determinadas observando a posiccedilatildeo dos picos do espectro α Como mencionado na Seccedilatildeo 233 foram definidas duas regiotildees de contagem correspondendoa
bull α total 222Rn 218Po e 214Po (3 αs)
bull regiatildeo do 214Po (1 α)
As regiotildees de contagens para ambos coqueteacuteis foram definidas analisando as eficiecircncias noscanais correspondentes as regiotildees α total e do 214Po As eficiecircncias encontradas foram com-paradas com as eficiecircncias mencionadas na literatura (SALONEN 1993a LoacutePEZ SaacuteNCHEZESCOBAR 2004)
Desse modo foi definida qual a melhor regiatildeo para ser utilizada na determinaccedilatildeo de radocircnio emaacutegua
33 Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
Devido o coquetel Optiscint ser imisciacutevel os padrotildees 241Am e 90Sr natildeo seriam adequados paraa otimizaccedilatildeo do PSA pois estes natildeo particionam com a fase orgacircnica Desta forma as radiaccedilotildeesprovenientes destes padrotildees interagem com um absorvedor antes de atingirem a fase de coquetele assim natildeo geram foacutetons
Entatildeo a otimizaccedilatildeo do PSA com o coquetel Optiscint foi realizada utilizando o padratildeo de 226Raem equiliacutebrio com 222Rn Assim apoacutes 30 dias os padrotildees de 226Ra preparados com Optis-cint foram contados em diferentes valores de PSA de 55 a 115 em intervalos de 10
Para definiccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA com o coquetel Optiscint foram analisadas as eficiecircnciasde contagem do padratildeo nas regiotildees α total e do 214Po O valor oacutetimo de PSA foi definidoanalisando o intervalo de PSA estabelecido onde as eficiecircncias se estabilizam e aproximam dosvalores teoacutericos (LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR 2004)
A eficiecircncia de contagem para o coquetel Optiscint foi calculada pela Equaccedilatildeo 31 (SALONEN1993a)
EFA =cpmSt
α minus cpmBgα
(1minus eminusλRnmiddotte) middotAtSt middotmSt middot60(31)
Onde
36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
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50 60 70 80 90 100 110 120
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PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
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Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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36
bull EFA - eficiecircncia α
bull cpmStα - taxa de contagem α do padratildeo de 226Ra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto Para o coquetel Optiscint o
branco eacute determinado pela contagem da aacutegua destilada enquanto que para o coquetelUltima Gold AB o branco eacute determinado pela contagem do padratildeo de 226Ra logo emseguida o mesmo ter sido degasado
bull (1minus eminusλRnmiddotte) - razatildeo de crescimento do 222Rn
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo entre o preparo da amostra e a contagem (ponto meacutedio) dias
bull AtSt - atividade do padratildeo de 226Ra Bq gminus1
bull mSt - massa do padratildeo de 226Ra g
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
Os subescritos St e Bg correspondem agraves soluccedilotildees de padratildeo de 226Ra e branco respecti-vamente
Para o coquetel Ultima Gold AB o valor oacutetimo do PSA foi determinado utilizando padrotildees de241Am e 90Sr Para isso foram analisadas as interferecircncias de emissores α na janela β e vice-versa As interferecircncias foram calculadas de acordo com as Equaccedilotildees (26 27 e 28) Seccedilatildeo(232)
O valor oacutetimo corresponde ao PSA em que satildeo minimizadas as interferecircncias α β e total Paraestes caacutelculos foi considerada a regiatildeo de contagem de 1-1024 canais
34 Determinaccedilatildeo de 222Rn em amostras de aacutegua
341 Amostragem Preparaccedilatildeo e Contagens
O 222Rn foi determinado em amostras de aacutegua coletadas no CDTN em quatro pontos distin-tos sendo que trecircs deles satildeo provenientes de aacuteguas de abastecimento puacuteblico e o outro deaacuteguas subterracircneas Todas as amostragens foram coletadas em triplicata Os pontos de coletasforam
bull Lab1 Laboratoacuterio de Testificaccedilatildeo de Traccediladores (Preacutedio Central)
bull Lab2 Laboratoacuterio de Triacutetio Ambiental
bull Lab3 Laboratoacuterio de Medidas Ambientais
37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
100
150
200
250
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
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50
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
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150
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cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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eV
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eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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37
bull Sub1 Poccedilo subterracircneo
Brancos foram preparados com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetelAs amostras e os brancos foram contados em 3 ciclos de 20 minutos totalizando um tempo deaproximadamente 60 minutos por amostra
Para realizaccedilatildeo das amostragens alguns cuidados foram tomados para minimizar a perda deradocircnio pois se trata de um analito gasoso que pode facilmente ser transportado para a atmos-fera As amostras foram coletadas em um beacutequer de vidro sendo transferidos imediatamente10 mL para os frascos contendo o coquetel com o auxiacutelio de uma seringa de vidro 2
Os frascos de contagem foram imediatamente tampados e agitados por aproximadamente 1minuto e depois mantidas sob refrigeraccedilatildeo e ausecircncia de luz
As amostras foram contadas 4 horas apoacutes preparo no valor de PSA oacutetimo determinado paracada coquetel Depois foram armazenadas por um periacuteodo de aproximadamente 30 dias paraque ocorresse o equiliacutebrio 226Ra222Rn e contadas novamente afim de avaliar a contribuiccedilatildeo deradocircnio natildeo suportado (SALONEN 1993a)
342 Caacutelculos
A atividade de radocircnio foi calculada pela Equaccedilatildeo 32 (SALONEN 1993a)
AtRn =cpmam
α minus cpmBgα
EFA middotV am middot60 middot f(32)
Onde
bull AtRn - atividade de 222Rn na data de coleta da amostra Bq Lminus1
bull cpmamα - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmBgα - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull V am - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
bull 60 - fator de conversatildeo de segundo para minuto
bull f - (eminusλRnmiddotte) e (1minus eminusλRnmiddottp) para a 1a medida e 2a medida respectivamente
bull λRn - constante de decaimento do 222Rn 0181 diasminus1
bull te - tempo decorrido entre a amostragem e a primeira contagem (ponto meacutedio) dias
2Os frascos foram pesados inicialmente com o coquetel e depois pesados novamente quando adicionada a amos-tra determinando assim a massa total de amostra
38
bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
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150
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
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50 60 70 80 90 100 110 120
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PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
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40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
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canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
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Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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bull tp - tempo decorrido entre o preparo (final da degasagem) e a segunda contagem (pontomeacutedio) dias
Os subescritos am e Bg correspondem agraves amostras e branco respectivamente
A incerteza na atividade (microAt) foi calculada pela Equaccedilatildeo 33 usando a lei de propagaccedilatildeo deincertezas segundo (ISO-GUM 1998) Foram consideradas as incertezas da contagem (microcpm)da eficiecircncia (microEFA) e do volume da amostra (microv) no caacutelculo da incerteza da atividade
uAt = At
radiccpmaT + cpmbT
(cpmaT minus cpmbT )2 +(uEFA
EFA
)2+
(uV
V
)2(33)
Onde
bull uAt - incerteza na atividade
bull At - atividade
bull cpma - taxa de contagem α da amostra contagem por minuto
bull cpmb - taxa de contagem α do branco contagem por minuto
bull T - tempo total de contagem
bull uEFA - incerteza na eficiecircncia de contagem
bull EFA - eficiecircncia α (Equaccedilatildeo 31)
bull uV - incerteza no volume da amostra
bull V - volume da amostra 001 L (considerando a densidade da amostra igual a 1 g mLminus1)
O limite de detecccedilatildeo foi calculado segundo CURRIE (1968) utilizando a Equaccedilatildeo 34 onde tceacute o tempo de contagem total (minutos)
Ld(BqL) =2706+4653
radiccpmBg middot tc
tc middotEFA middotV am middot60 middot f(34)
35 Materiais e Equipamentos
Para a realizaccedilatildeo deste trabalho foram utilizados
Materiais e Equipamentos
bull Frasco de polietileno revestido com teflon e tampa com revestimento interno em alumiacutenio- PerkinElmer
39
bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
0
50
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150
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300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
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40
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
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cont
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canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
b
222 R
n
234 T
h
210 P
b
238 U
234 U
234 P
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MeV
600
MeV
769
MeV
530
MeV
478
MeV
671
728
keV
3272
keV
17
64 k
eV
1162
keV
1508
15
42
271
keV
472
645
keV
472
4
78 M
eV
462
4
69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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bull Balanccedila Analiacutetica Mettler Toledo - Modelo AG285
bull Seringa de vidro
bull Beacutequeres de 30 mL e 500 mL
bull Balotildees de volumeacutetricos de 500 mL e 1000 mL
bull Pipetas volumeacutetricas de 1 mL e 10 mL
bull Bastotildees de vidro
bull Agitador Magneacutetico Corning - Modelo PC 420
bull Espectrocircmetro Quantulus 1220 - PerkinElmer
bull Software Easy View V10 - PerkinElmer
bull Software WinQ V12 - PerkinElmer
bull Aplicativo BrOffice
bull Aplicativo LaTeX
bull Aplicativo Crimson
Reagentes e Soluccedilotildees
bull Coquetel Optscint - PerkinElmer
bull Coquetel Ultima Gold AB - PerkinElmer
bull Padratildeo de 226RA SRM 4967A (NIST)
bull Padratildeo de 226RA Pylon 1025
bull Padratildeo de 241Am Radioative Standard 2004
bull Padratildeo de 90Sr Radioative Standard 2006
bull Gaacutes N2 - White Martins
bull Aacutegua destilada
40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
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cont
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Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
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Efic
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PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
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Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
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canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
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50
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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62
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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40
4 Resultados e Discussotildees
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados obtidos com a metodologia analiacutetica estabele-cida utilizando os coqueteacuteis de cintilaccedilatildeo Optiscint e Ultima Gold AB para determinaccedilatildeo deradocircnio por LSC Caracteriacutesticas tais como valor do PSA eficiecircncia de contagem e regiatildeo decontagem foram definidas para cada coquetel e aplicadas na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguasde abastecimento puacuteblico e subterracircneas As limitaccedilotildees e vantagens do emprego de cada rotaanaliacutetica satildeo discutidas
41 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Optiscint
411 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Optiscint
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Optiscint foi realizada pela conta-gem de uma soluccedilatildeo padratildeo de 226Ra em intervalos de PSA entre 55-115 A TAB 41 mostra avariaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA Por ser um coquetel imisciacutevel espera-se que a efici-ecircncia para este seja menor quando comparado com a eficiecircncia de um coquetel misciacutevel devidoagrave particcedilatildeo do radocircnio Observa-se tambeacutem os valores obtidos para o paracircmetro SQP(E) em di-ferentes valores de PSA Determinando o valor oacutetimo de PSA tem-se um valor de SQP(E) oqual seraacute utilizado para verificar possiacuteveis interferentes nas amostras
Tabela 41 Eficiecircncia de contagem α em funccedilatildeo do PSA - coquetel Optiscint
PSA Eficiecircncia α Total Eficiecircncia 214Po SQP(E)
55 3627 0667 938plusmn 3
65 3570 0814 940plusmn 3
75 3480 0820 938plusmn 6
85 3482 0824 939plusmn 5
95 3453 0819 937plusmn 6
105 3266 0693 940plusmn 3
115 2908 0285 937plusmn 6
41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
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Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
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Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
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Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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41
Para o valor de PSA 115 foi obtida uma eficiecircncia de aproximadamente 290 na regiatildeo decontagem α total e de aproximadamente 29 na regiatildeo de contagem do 214Po Sendo quepara a regiatildeo α total havendo trecircs radionucliacutedeos emissores α a eficiecircncia teoacuterica seria deaproximadamente 300 e para a regiatildeo do 214Po seria de aproximadamente 80 Verificou-seentatildeo que a eficiecircncia na regiatildeo do 214Po estaacute bem abaixo do esperado Isto deve-se ao fatode que em um valor alto de PSA favorece a classificaccedilatildeo dos eventos como β diminuindo aeficiecircncia na regiatildeo do 214Po
A FIG 41 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 115Observa-se um pico no espectro β na regiatildeo de contagem do 214Po que eacute erroneamente classi-ficado como β devido ao alto valor de PSA (115) Este pico deve-se ao 214Po uma vez que arazatildeo entre as alturas dos picos α natildeo correspondem ao esperado Aleacutem disso o espectro β natildeoapresenta picos uma vez que a emissatildeo β natildeo eacute monoenergeacutetica
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50
100
150
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300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 41 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 115
Jaacute a eficiecircncia de 290 na regiatildeo α total nos mostra que temos uma eficiecircncia total maior que200 para os radionucliacutedeos 222Rn e 218Po o que eacute praticamente impossiacutevel de se obter Esteaumento na eficiecircncia pode ser explicado devido agrave presenccedila de outro radionucliacutedeo emissor α
42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
80
90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
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40
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
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40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nuacutem
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
Nuacutem
ero
Atocirc
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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33
2007
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γ
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178
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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42
na regiatildeo de contagem α total Como foi utilizado um padratildeo de 226Ra que natildeo foi purificadorecentemente pode-se ter tambeacutem a presenccedila de seu filho o 210Po que eacute um emissor α comenergia de 530 MeV e que eacute tambeacutem soluacutevel na fase orgacircnica Por ter uma energia proacutexima aosradionucliacutedeos 222Rn e 218Po conclui-se que o 210Po contribuiu para o aumento da eficiecircnciana regiatildeo α total
Observa-se tambeacutem na (TAB 41) que para valores de PSA entre 65-95 obtem-se uma eficiecircn-cia de aproximadamente 80 na regiatildeo de contagem do 214Po e uma eficiecircncia de aproxima-damente 345 na regiatildeo α total
O valor oacutetimo de PSA foi determinado de acordo com LoacutePEZ SaacuteNCHEZ ESCOBAR (2004)analisando-se o patamar das eficiecircncias na regiatildeo do 214Po
20
30
40
50
60
70
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90
50 60 70 80 90 100 110 120
Efic
iecircnc
ia
PSA
Figura 42 Variaccedilatildeo da eficiecircncia em funccedilatildeo do PSA
Pode-se observar na FIG 42 que as eficiecircncias na regiatildeo do 214Po satildeo praticamente constantesno intervalo de PSA entre 65-95 Desse modo foi determinado o valor oacutetimo de PSA igual a85
412 Eficiecircncia de Contagem coquetel Optiscint
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 114plusmn 014 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio uma vez que natildeo se dispunha de um padratildeo de 222Rnem equiliacutebrio com seus filhos Deste modo conforme orientaccedilatildeo de FORTE et al (2003) foipreparado um branco com aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel
43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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214 P
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keV
472
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eV
462
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69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
ero
Atocirc
mic
o
89A
ctiacuten
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88R
aacutedio
86R
adocircn
io
84Po
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γ
γ
Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
Nuacutem
ero
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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43
A FIG 43 mostra os espectros alfa e beta para o padratildeo de 226Ra com um PSA igual a 85onde natildeo se observa a presenccedila do pico proveniente do espectro β na regiatildeo de contagem do214Po Comprova-se entatildeo que o valor oacutetimo para o PSA deve ser menor que 115
As regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aos canais 750-950 e900-950 respectivamente
0
20
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 43 Espectro do padratildeo de 226Ra - coquetel OptiScint PSA 85
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Optiscint foi a regiatildeo do 214Popor este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuteriede decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Esta regiatildeoapresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 80 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada para ocaacutelculo da atividade de radocircnio pois natildeo se sabe exatamente a quantidade de 210Po que estaacutepresente no padratildeo de 226Ra
413 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Optiscint foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas de abas-tecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 Foi preparado um branco utilizando-se aacutegua
44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
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50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
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100
150
200
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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214 P
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222 R
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1162
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472
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keV
472
4
78 M
eV
462
4
69 M
eV
415
4
20 M
eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nuacutem
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33
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γ
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γ
γ
Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
Nuacutem
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mic
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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33
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γ γ
Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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44
destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade de amostracoquetelcompleta quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio diminuindo assim apossibilidade do radocircnio particionar-se com o ar Apoacutes a coleta as amostras e o branco forammantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4 horas na sala de contagem na ausecircncia de luze temperatura de aproximadamente 20 oC para que ocorresse o equiliacutebrio entre o 222Rn e seusfilhos Em seguida as amostras e o branco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente1 hora de modo que a contagem foi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram medidas as contagens nas regiotildees α total (canais de 750-950) e do 214Po (canais de 900-950) A atividade de radocircnio em aacutegua foi determinada em ambas as regiotildees A regiatildeo escolhidapara anaacutelise de radocircnio em aacutegua utilizando o coquetel Optiscint foi a correspondente aos canais900-950 ou seja a regiatildeo do 214Po
O paracircmetro indicador de quenchSQP(E) foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Optiscint igual a 939plusmn 5 Grandes variaccedilotildees no valor de SQP(E)podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra Na TAB 42observa-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos do valor determi-nado pela contagem do padratildeo
Tabela 42 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 115 - co-quetel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
170907183plusmn 23 389plusmn 62 921plusmn 6 021
194plusmn 24 389plusmn 61 913plusmn 2 020
186plusmn 23 428plusmn 66 914plusmn 2 023
220108139plusmn 18 343plusmn 56 920plusmn 4 024
129plusmn 17 315plusmn 52 925plusmn 7 024
136plusmn 17 313plusmn 52 912plusmn 1 023
Foi utilizada tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033 Pode-seobservar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram um pouco menores que ovalor de referecircncia como mostrado nas tabelas (4243) Sendo esta variaccedilatildeo muito pequenapode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostra eacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc-se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordemde grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
0
20
40
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
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50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
0
50
100
150
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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eV
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
ero
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89A
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88R
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86R
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γ
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γ
Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
Nuacutem
ero
Atocirc
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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45
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute desse interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de366 dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 43 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po com PSA 85 - coque-tel Optiscint
Local Data α total 214Po SQP(E) SCR
Lab 1
130208
03plusmn 017 04plusmn 03 919plusmn 2 028
03plusmn 018 04plusmn 03 921plusmn 4 032
03plusmn 018 04plusmn 03 913plusmn 8 027
Lab 248plusmn 07 61plusmn 12 921plusmn 6 030
44plusmn 06 48plusmn 11 918plusmn 3 026
45plusmn 06 45plusmn 11 920plusmn 2 024
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados na TAB 44 As contagensreferentes agraves 1a e 2a medidas foram realizadas aproximadamente 4 horas apoacutes a coleta e 30 diasapoacutes a coleta respectivamente Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeodo 222Rn natildeo suportado eacute miacutenima o que indica que interferecircncias proveniente do 226Ra e deoutros radionucliacutedeos na amostra tambeacutem satildeo miacutenimas (FIG 44)
Tabela 44 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Optiscint
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
220108
0085plusmn 0038
0102plusmn 0041
0017plusmn 0017
Lab 25517plusmn 0303 0034plusmn 0024
5279plusmn 0297 0068plusmn 0034
5143plusmn 0293 0034plusmn 0024
Lab 30017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0034plusmn 0024
0017plusmn 0017
Lab 2 1709076454plusmn 0328 0034plusmn 0024
6556plusmn 0331 0017plusmn 0017
7118plusmn 0344 0034plusmn 0024 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
46
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cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
47
000
010
020
030
040
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
48
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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canal
Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
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5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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1a Medida2a Medida
Figura 44 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel OptiScint PSA 115
42 Determinaccedilatildeo de 222Rn utilizando o coquetel
Ultima Gold AB
421 Otimizaccedilatildeo do PSA coquetel Ultima Gold AB
A determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi realizadapela contagem de soluccedilotildees padrotildees de 241Am e 90Sr A FIG 45 mostra a interferecircncia (τ) emfunccedilatildeo do PSA Na faixa de PSA estudada a interferecircncia beta (τβ ) eacute miacutenima pois valores altosde PSA favorecem a classificaccedilatildeo beta Observa-se que para valores de PSA abaixo de 95 ainterferecircncia alfa (τα ) eacute minimizada Deste modo foi definido o valor oacutetimo de PSA igual a95
422 Eficiecircncia de Contagem coquetel Ultima Gold AB
Um padratildeo de 226Ra com atividade de 111plusmn 013 Bq Lminus1 foi utilizado na determinaccedilatildeo daeficiecircncia de contagem para radocircnio Deste modo conforme orientaccedilatildeo de SALONEN HUK-KANEN (1997) foi preparado um branco pela degasagem do padratildeo de 226Ra para que na
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80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Inte
rferecirc
ncia
PSA
τα(Amminus241)τβ(Srminus90Yminus90)
Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
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Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
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Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
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beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura 45 Otimizaccedilatildeo de PSA utilizando 241Am 90Sr
determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem de radocircnio a influecircncia do raacutedio e outros produtos dacadeia de decaimento fosse eliminada As FIG 46 e 47 mostram os espectros alfa e beta parao padratildeo degasado durante 4 horas por borbulhamento de nitrogecircnio e apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn respectivamente
Observa-se que as regiotildees de interesse isto eacute contagem α total e do 214Po correspondem aoscanais 500-800 e 700-800 respectivamente O valor teoacuterico maacuteximo para a eficiecircncia utilizandosomente as contagens α eacute 300 ou seja equivalente agrave 3 αs
As eficiecircncias de contagem α encontradas neste trabalho foram 2586 e 763 para asregiotildees α total e do 214Po respectivamente A eficiecircncia meacutedia encontrada por SALONEN(1993a) utilizando diferentes coqueteacuteis misciacuteveis a base de di-isopropil-naftaleno (DIN) foi de270 e 86 para as regiotildees α total e do 214Po respectivamente Como pode-se observar aseficiecircncias encontradas neste estudo para as regiotildees α total e do 214Po estatildeo de acordo com osvalores encontrados por SALONEN (1993a)
A regiatildeo escolhida para anaacutelise de radocircnio utilizando o coquetel Ultima Gold AB foi a regiatildeodo 214Po por este apresentar uma energia maior que a dos outros radionucliacutedeos emissores α da seacuterie de decaimento do 238U minimizando a interferecircncia de outros radionucliacutedeos Estaregiatildeo apresenta uma eficiecircncia de aproximadamente 76 A regiatildeo α total natildeo foi utilizada
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Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
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Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
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canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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Figura 46 Espectro do padratildeo de 226Ra degasado utilizando o coquetel Ultima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
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Alfa minus SP12Beta minus SP11
Figura 47 Espectro do padratildeo de 226Ra em equiliacutebrio 226Ra222Rn utilizando o coquetel Ul-tima Gold AB PSA 95 e tempo de contagem total de 90 minutos
49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
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EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
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canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nuacutem
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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γ γ
Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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49
pois nesta pode haver interferecircncias de outros radionucliacutedeos emissores α de energia proacuteximasagrave do 222Rn
Na FIG 48 satildeo apresentados sobrepostos os espectros alfa e beta do padratildeo de 226Ra degasado eapoacutes alcanccedilado o equiliacutebrio 226Ra222Rn Nos espectros beta observa-se a presenccedila de 210Pb1 naregiatildeo de baixa energia isto eacute abaixo do canal 350 e 210Bi2 na regiatildeo de alta energia Contagensreferentes aos emissores β filhos do radocircnio 214Pb3 e 214Bi4 satildeo observadas apenas no espectroem equiliacutebrio como verificado pelo aumento no nuacutemero de contagens na regiatildeo beta de altaenergia
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
beta
alfa
EquiliacutebrioDegasada
Figura 48 Espectro do padratildeo de 226Ra utilizando o coquetel Ultima Gold AB Degasado eapoacutes equiacutelibrio 226Rn222Rn PSA 95 Tempo de Contagem Total de 90 minutos
No espectro alfa o pico mostrado na regiatildeo dos canais 500-700 da amostra degasada refere-seao 226Ra e 210Po este uacuteltimo um produto de decaimento da cadeia do 226Ra Os emissores222Rn 218Po e 214Po satildeo observados apenas no espectro alfa do padratildeo apoacutes decorridos 30 diaspara alcance do equiliacutebrio 226Ra222Rn
1Eβmax= 170 keV 84 e 635 keV 16 2Eβmax= 12 MeV 100 3Eβmax= 07 MeV 91 e 10 MeV 6 4Eβmax= 04-33 MeV
50
423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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423 Determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua
A metodologia utilizando Ultima Gold AB foi aplicada na determinaccedilatildeo de radocircnio em aacuteguas deabastecimento puacuteblico e subterracircneas As amostras foram coletadas diretamente no frasco con-tendo o coquetel na razatildeo amostracoquetel 1012 respectivamente Foi preparado um brancoutilizando-se aacutegua destilada e coquetel na mesma razatildeo amostracoquetel Esta quantidade deamostracoquetel completa quase que totalmente o frasco sobrando pouco espaccedilo vazio e as-sim diminuindo a possibilidade do radocircnio particionar-se com o ar
Apoacutes a coleta as amostras e o branco foram mantidos por um periacuteodo de aproximadamente 4horas na sala de contagem na ausecircncia de luz e temperatura de aproximadamente 20 oC paraque ocorresse o equiliacutebrio radioativo entre o 222Rn e seus filhos Em seguida as amostras e obranco foram contados por um periacuteodo de aproximadamente 1 hora de modo que a contagemfoi dividida em trecircs ciclos de 20 minutos cada
Foram calculadas as contagens nas regiotildees α total (canais de 500-800) e do 214Po (canais de700-800) Dentre estas regiotildees a regiatildeo do 214Po se difere devido a este radionucliacutedeo terelevada energia α Nenhum outro emissor α tem energia semelhante a este o que o torna pre-teriacutevel pois sendo assim nesta regiatildeo correspondente aos canais 700-800 pode-se minimizar asinterferecircncias inerentes a outros radionucliacutedeos emissores α Jaacute na regiatildeo α total pode ocorrerinterferecircncias por outros radionucliacutedeos emissores α provenientes das seacuteries de decaimento do238U 235U e do 232Th
Por esta razatildeo foi escolhido como melhor regiatildeo para anaacutelise de radocircnio em aacutegua a correspon-dente aos canais 700-800 ou seja regiatildeo do 214Po
O paracircmetro SQP(E) indicador de quench foi determinado atraveacutes do padratildeo de 226Ra sendoseu valor para o coquetel Ultima Gold AB igual a 778 plusmn 3 Grandes variaccedilotildees no valor deSQP(E) podem indicar a existecircncia de interferentes ou agentes de quenchna amostra NaTAB 45 observar-se que os valores obtidos para SQP(E) nas amostras estatildeo proacuteximos ao valordeterminado pela contagem do padratildeo
Foi utilizado tambeacutem a razatildeo de canais (SCR) entre as regiotildees do 214Po e α total para verificara existecircncia de interferentes nas amostras O valor teoacuterico para esta razatildeo eacute 033
Pode-se observar que os valores desta razatildeo obtidos para as amostras foram de um modo geralum pouco menores que o valor de referecircncia como mostrado na TAB 45 Sendo esta variaccedilatildeomuito pequena pode-se concluir que a presenccedila de algum radionucliacutedeo interferente na amostraeacute miacutenima
Ao serem analisados os valores obtidos em todas as amostras vecirc se na segunda contagemrealizada aproximadamente 30 dias apoacutes a primeira a taxa de contagem de 222Rn eacute da ordem
51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
64
214 P
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keV
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eV
462
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69 M
eV
415
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eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
Nuacutem
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o
89A
ctiacuten
io
88R
aacutedio
86R
adocircn
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84Po
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γ
Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
68
Nuacutem
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92 91 90 89 88 87 86 84 83 82 81
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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51
de grandeza do background O que indica que todos os radionucliacutedeos decaiacuteram no decorrerdos 30 dias
Desse modo o interferente tem que possuir uma meia-vida menor ou aproximadamente de trecircsdias Uma possibilidade eacute o interferente ser o 224Ra pois este apresenta uma meia-vida de 366dias (quase igual agrave do 222Rn)
Tabela 45 Atividade de radocircnio (Bq Lminus1) nas regiotildees α total e do 214Po - coquetel UltimaGold AB
Local Data Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Lab 2
28110613plusmn 04 15plusmn 08 785plusmn 2 032
13plusmn 04 13plusmn 08 787plusmn 3 028
12plusmn 03 14plusmn 08 788plusmn 3 032
150507604plusmn 71 543plusmn 66 779plusmn 3 027
555plusmn 65 520plusmn 64 783plusmn 1 029
505plusmn 59 467plusmn 57 782plusmn 3 029
170907220plusmn 26 193plusmn 27 772plusmn 1 026
221plusmn 26 186plusmn 26 770plusmn 3 025
235plusmn 28 188plusmn 26 764plusmn 2 024
08010802plusmn 018 02plusmn 017 775plusmn 2 019
03plusmn 026 03plusmn 025 765plusmn 3 023
01plusmn 010 01plusmn 010 763plusmn 3 008
Os resultados calculados segundo a Equaccedilatildeo 32 estatildeo apresentados nas Tabelas 46 47 4849 Os resultados da segunda medida mostram que a contribuiccedilatildeo do 222Rn natildeo suportado eacutemiacutenima o que nos indica que natildeo houve interferecircncias significativas de outros radionucliacutedeosna amostra (FIG 49)
52
Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
20
40
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
40
60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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eV
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eV
Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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Tabela 46 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 1
2811060153plusmn 0051
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017
1505060204plusmn 0058
0187plusmn 0056
0221plusmn 0061
0801080102plusmn 0041
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 0017plusmn 0017
2201080119plusmn 0045
0034plusmn 0024 0017plusmn 0017
0068plusmn 0034 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 47 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab 2
2811060629plusmn 0102
0544plusmn 0095 0017plusmn 0017
0595plusmn 0100
15050724794plusmn 0643 0102plusmn 0041
24335plusmn 0637 0119plusmn 0045
22211plusmn 0608 0136plusmn 0048
1709078668plusmn 0380 0119plusmn 0045
8242plusmn 0371 0102plusmn 0041
8566plusmn 0378 0051plusmn 0029
0801080102plusmn 0041 0034plusmn 0024
0136plusmn 0048
0153plusmn 0051 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Embora o padratildeo de 226Ra natildeo seja o mais indicado para determinaccedilatildeo de 222Rn este foi uti-lizado para os testes com ambos os coqueteacuteis Poreacutem tentou-se produzir um padratildeo de 222Rn
53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
0
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
0
20
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60
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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53
Tabela 48 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Sub 1
2811060102plusmn 0041
0170plusmn 0053 0051plusmn 0029
0289plusmn 0069
1505078214plusmn 0370 0051plusmn 0029
7448plusmn 0352
7428plusmn 0352 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background Natildeo foram registradascontagens (3 repeticcedilotildees de 20 min) O valor de backgroundobtido foi da ordemde 0017 cpm
Tabela 49 Contagem de 222Rn suportado e natildeo-suportado (cpm) - coquetel Ultima Gold AB
Local Data 1o Medida 2o Medida
Lab3 0801080017plusmn 0017 0017plusmn 0017
0187plusmn 0056 0017plusmn 0017
0051plusmn 0029 0017plusmn 0017 Valores da ordem de grandeza do background O valor de back-groundobtido foi da ordem de 0017 cpm
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cont
agem
canal
1a Medida2a Medida
Figura 49 Espectro de amostras de 222Rn com coquetel Ultima Gold AB PSA 95
54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
cont
agem
canal
OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nuacutem
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89A
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88R
aacutedio
86R
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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54
atraveacutes de uma fonte de 226Ra (PYLON 2006) mas devido agrave grande dificuldade em minimizaras possiacuteveis perdas do radocircnio natildeo obtivemos sucesso ao determinar a atividade e a eficiecircnciade contagem utilizando este padratildeo A soluccedilatildeo obtida foi utilizada como uma amostra comelevado teor de radocircnio a qual foi quantificada em ambos coqueteacuteis
Os resultados obtidos satildeo mostrados na TAB 410 onde observar-se que a concentraccedilatildeo deradocircnio obtida para o coquetel Ultima Gold AB foi maior que a concentraccedilatildeo para o coquetelOptiscint Tendo em vista que quanto maior a concentraccedilatildeo de radocircnio maior seraacute sua difusatildeopode-se concluir que a perda de radocircnio no coquetel Optiscint deve-se agrave particcedilatildeo onde a taxa decontagem seraacute comprometida pois uma quantidade deste analito poderaacute permanecer em soluccedilatildeocom a aacutegua natildeo sendo assim mensurado
Tabela 410 Atividade (Bq Lminus1) em amostra com elevado teor de radocircnio
Coquetel Regiatildeo α total Regiatildeo do 214Po SQP(E) SCR
Optiscint 217plusmn 27 1990plusmn 28 909plusmn 5 022
Ultima Gold AB 405plusmn 48 3187plusmn 41 765plusmn 2 023Amostras preparadas no Laboratoacuterio de Medidas Ambientais (Lab 3)
Na TAB 411 eacute mostrado um resumo de alguns paracircmetros obtidos para os coqueteacuteis UltimaGold AB e Optiscint
Tabela 411 Principais paracircmetros para os coqueteacuteis Ultima Gold AB e Optiscint
Caracteriacutesticas Ultima Gold AB Optiscint
PSA 95 85
Regiatildeo de contagem 214Po 700-800 900-950
Eficiecircncia 214Po 76 80
Limite de detecccedilatildeo 0004 0003
55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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55
43 Influecircncia do quench
Na anaacutelise dos espectros em que foram utilizados coqueteacuteis diferentes (FIG 410) observou-seum deslocamento do espectro referente ao coquetel Ultima Gold AB o qual deve-se agrave presenccedilade aacutegua importante agente de quench Pois se tratando de um coquetel misciacutevel em amostrasaquosas apresentaraacute quenchdevido agrave aacutegua contida no frasco da amostra
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OptiscintUltima Gold AB
Figura 410 Comparaccedilatildeo entre os espectros α do padratildeo de 226Ra em Ultima Gold AB (PSA95) e OptiScint (PSA 85)
56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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56
5 Conclusatildeo
Este trabalho procurou definir otimizar e avaliar o meacutetodo analiacutetico para determinaccedilatildeo do radocirc-nio em aacutegua por LSC empregando o espectrocircmetro Quantulus 1220 Trata-se de um equi-pamento de alta precisatildeo e versatilidade cuja utilizaccedilatildeo pioneira no Brasil receacutem iniciou-seno CDTN Justamente em funccedilatildeo de sua sofisticaccedilatildeo tecnoloacutegica e de suas vaacuterias funccedilotildees oincremento do proveito a ser obtido com este equipamento pode ser explorado em diferentesvertentes como
bull o refino dos procedimentos analiacuteticos em termos de avanccedilos em sensibilidade e precisatildeode anaacutelises que jaacute vecircm sendo praticadas no paiacutes
bull o domiacutenio de todo o espectro de suas variadas potencialidades em proveito da investigaccedilatildeode problemas especiacuteficos de interesse concreto na nossa realidade local
bull a pesquisa de novas aplicaccedilotildees
A metodologia de mediccedilatildeo da concentraccedilatildeo do 222Rn em aacutegua foi estabelecida e avaliada comvistas a uma imediata aplicaccedilatildeo em um tema de significativa importacircncia teacutecnica e econocircmicaa investigaccedilatildeo das aacuteguas de reservatoacuterios de petroacuteleo recorrendo a uma concepccedilatildeo original desondagem que precisamente consiste no emprego do radocircnio como traccedilador natural
Em comparaccedilatildeo com outros meacutetodos para a detecccedilatildeo de baixos niacuteveis de radiaccedilotildees α e β (conta-dores proporcionais detectores de cintilaccedilatildeo em cristais soacutelidos ou semicondutores) verificou-se com os resultados aqui obtidos que o emprego da teacutecnica LSC para anaacutelise de 222Rn em aacuteguaeacute natildeo somente viaacutevel mas tambeacutem mais conveniente e praacutetica Devido agrave eficiecircncia de detecccedilatildeodas desintegraccedilotildees (proacutexima de 100 ) a LSC mostrou ser uma ferramenta bastante sensiacutevelaleacutem de versaacutetil simples e raacutepida para investigaccedilatildeo radiomeacutetrica
Esta elevada eficiecircncia ainda contribui para a reduccedilatildeo dos tempos de contagem Outra vantagemda LSC quando provida de um sistema PSA sobre os demais meacutetodos eacute sua capacidade darealizaccedilatildeo simultacircnea de determinaccedilotildees das radiaccedilotildees α e β
No presente estudo a determinaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua foi realizada utilizando dois dos coque-teacuteis mais frequumlentemente mencionados na literatura recente e utilizados no CDTN Ultima GoldAB e Optiscint
Foram determinados a eficiecircncia de contagem o valor oacutetimo de PSA o limite de detecccedilatildeo e amelhor regiatildeo de contagem para cada coquetel
57
Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Os valores obtidos para o coquetel Ultima Gold AB foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do214Po de 76 valor oacutetimo de PSA igual a 95 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 008 (Bq Lminus1)e foi definido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Os valores obtidos para o coquetel Optiscint foram eficiecircncia de contagem na regiatildeo do 214Pode 80 valor oacutetimo de PSA igual a 85 limite de detecccedilatildeo (LLD) igual a 006 (Bq Lminus1) e foidefinido como melhor regiatildeo para determinaccedilatildeo de 222Rn a regiatildeo do 214Po
Com base nos resultados obtidos conclui-se que o melhor coquetel para ser utilizado na deter-minaccedilatildeo de radocircnio em aacutegua eacute o coquetel Ultima Gold AB Isto porque natildeo se pode avaliarao certo a quantidade de radocircnio que natildeo eacute computada ao utilizar o coquetel Optiscint devido agraveparticcedilatildeo do radocircnio entre as duas fases liacutequidas imisciacuteveis quando se utiliza este uacuteltimo
Natildeo foram observadas grandes variaccedilotildees nos valores obtidos para o Spectral quench parameterof external standard (SQP(E)) e Sample channels ratio (SRC) o que indica que as amostrascoletadas e os padrotildees natildeo possuem elementos com alto niacutevel de quench
Dessa forma estes resultados indicam a viabilidade experimental quanto agrave determinaccedilatildeo deradocircnio em aacutegua por LSC utilizando o coquetel misciacutevel em aacutegua
A utilizaccedilatildeo destas matrizes em poccedilos de produccedilatildeo deveratildeo ser definidas caso a caso Deve-secuidadosamente determinar a melhor configuraccedilatildeo quanto da utilizaccedilatildeo desta matriz em poccedilosde produccedilatildeo analisando os seguintes paracircmetros
bull Determinaccedilatildeo do valor oacutetimo de PSA
bull A determinaccedilatildeo da eficiecircncia de contagem nas regiotildees α total e do 214Po
bull A definiccedilatildeo da melhor regiatildeo de contagem para caacutelculo da atividade de 222Rn
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SQP(E)
bull Avaliar a variaccedilatildeo do valor de SCR
bull Salinidade da matriz
bull Presenccedila de compostos orgacircnicos
Finalmente em funccedilatildeo do valor miacutenimo da interferecircncia total τ entre as janelas α e β pode serestimado o limite de resoluccedilatildeo do PSA entre estas radiaccedilotildees No presente estudo na situaccedilatildeoem que foi possiacutevel quantificaacute-la (coquetel Ultima Gold AB com o valor oacutetimo do PSA iguala 85) esta interferecircncia foi da ordem de 1 conforme pode ser verificado na FIG (45) Nelaverifica-se tambeacutem que o valor do PSA a este niacutevel natildeo eacute criacutetico pois a interferecircncia poucovaria no entorno do PSA oacutetimo
O valor da interferecircncia (τ) deve ser levado em conta no caso de anaacutelises que requerem grandeprecisatildeo como em avaliaccedilotildees da potabilidade de aacuteguas Contudo esta restriccedilatildeo pode natildeo ser
58
tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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SANCHEZ-CABEZA J PUJOL L MERINO J LEoacuteN L MOLERO J VIDAL-QUADRAS A SCHELL W R MITCHELL P I Optimization and calibration of a low-background liquid scintillation counter for the simultaneous determination of alpha and betaemitters in aqueous samples In LIQUID SCINTILLATION SPECTROMETRY 1992 - INTCONF ON ADVANCES IN LSC 1993 Anais RADIOCARBON 1993 p43ndash50
SEMPRINI L HOPKINS S O TASKER R B Laboratory field and modeling studies ofradon-222 as a natural tracer for monitoring (NAPL) contamination Transport in PorousMedia [Sl] v38 p223ndash240 2000
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VILLA M MORENO H P MANJON G Determination of 226Ra and 224Ra in sedimentssamples by liquid scintillation counting Radiat Meas [Sl] v39 p543ndash550 2005
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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tatildeo severa em aplicaccedilotildees do radocircnio como traccedilador certamente natildeo no baixo niacutevel constatadoneste estudo
59
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SALONEN L Alpha spillover depends on alpha energy a new finding in alphabeta liquidscintillation spectrometry In LSC2005 ADVANCES IN LIQUID SCINTILLATION SPEC-TROMETRY 2006b Anais RADIOCARBON 2006b p135ndash148
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SANCHEZ-CABEZA J PUJOL L MERINO J LEoacuteN L MOLERO J VIDAL-QUADRAS A SCHELL W R MITCHELL P I Optimization and calibration of a low-background liquid scintillation counter for the simultaneous determination of alpha and betaemitters in aqueous samples In LIQUID SCINTILLATION SPECTROMETRY 1992 - INTCONF ON ADVANCES IN LSC 1993 Anais RADIOCARBON 1993 p43ndash50
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VILLA M MORENO H P MANJON G Determination of 226Ra and 224Ra in sedimentssamples by liquid scintillation counting Radiat Meas [Sl] v39 p543ndash550 2005
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
65
Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
66
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
67
Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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SANCHEZ-CABEZA J PUJOL L MERINO J LEoacuteN L MOLERO J VIDAL-QUADRAS A SCHELL W R MITCHELL P I Optimization and calibration of a low-background liquid scintillation counter for the simultaneous determination of alpha and betaemitters in aqueous samples In LIQUID SCINTILLATION SPECTROMETRY 1992 - INTCONF ON ADVANCES IN LSC 1993 Anais RADIOCARBON 1993 p43ndash50
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VILLA M MORENO H P MANJON G Determination of 226Ra and 224Ra in sedimentssamples by liquid scintillation counting Radiat Meas [Sl] v39 p543ndash550 2005
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
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γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
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a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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62
SALONEN L AlphaBeta liquid scintillation spectrometry in surveying Finnish groundwatersamples Radiochemistry (Transl of Radiokhimiya) [Sl] v48 n6 p606ndash612 2006a
SALONEN L Alpha spillover depends on alpha energy a new finding in alphabeta liquidscintillation spectrometry In LSC2005 ADVANCES IN LIQUID SCINTILLATION SPEC-TROMETRY 2006b Anais RADIOCARBON 2006b p135ndash148
SALONEN L HUKKANEN H Advantages of low-background liquid scintillation alpha-spectrometry and pulse shape analysis in measuring 222Rn uranium and 226Ra in groundwa-ter samples J Radioanal Nucl Chem [Sl] v226 n1-2 p67ndash74 1997
SANCHEZ-CABEZA J PUJOL L MERINO J LEoacuteN L MOLERO J VIDAL-QUADRAS A SCHELL W R MITCHELL P I Optimization and calibration of a low-background liquid scintillation counter for the simultaneous determination of alpha and betaemitters in aqueous samples In LIQUID SCINTILLATION SPECTROMETRY 1992 - INTCONF ON ADVANCES IN LSC 1993 Anais RADIOCARBON 1993 p43ndash50
SEMPRINI L HOPKINS S O TASKER R B Laboratory field and modeling studies ofradon-222 as a natural tracer for monitoring (NAPL) contamination Transport in PorousMedia [Sl] v38 p223ndash240 2000
TURNER J Atoms radiation and radiation protection [Sl] New York NY John Wileybdquo1995 p82ndash107
UNSCEAR Sources and effects of ionizing radiation 2000 v1
VILLA M MORENO H P MANJON G Determination of 226Ra and 224Ra in sedimentssamples by liquid scintillation counting Radiat Meas [Sl] v39 p543ndash550 2005
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Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
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a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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63
Anexo A
Seacuteries Naturais de Decaimento Radioativo
Tabela A1 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 238U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23892 U α 4468 109 a 4151 (21) 4198 (79)
23490 Th βminus 2410 d 271 (895)23491 Pa βminus 675 h 472 (454) 642 (194)
γ 1313 (180) 9460 (134)23492 U α 2455 105 a 4722 (284) 4775 (714)
23090 Th α 7538 103 a 4621 (234) 4687 (763)22688 Ra α 1600 103 a 4784 (945)22286 Rn α 38235 d 5490 (999)21884 Po α 310 m 6002 (100)21482 Pb βminus 268 m 671 (489) 728 (422)
γ 2952 (193) 3519 (376)21483 Bi βminus 199 m 1508 (170) 1542 (178) 3272 (182)
γ 6093 (461) 11203 (151) 17645 (154)21484 Po α 1642 micros 7687 (100)21082 Pb βminus 2220 a 170 (840) 635 (160)21083 Bi βminus 5012 d 11621 (100)21084 Po α 138376 d 5304 (100)20682 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Figura A2 Diagrama da seacuterie de decaimento do 232Th
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Figura A3 Diagrama da seacuterie de decaimento do 235U
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Figura A1 Diagrama da seacuterie de decaimento do 238U
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Tabela A2 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 232Th
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23290 Th α 1405 106 a 3947 (217) 4012 (782)22888 Ra βminus 575 a 128 (30) 257 (20) 392 (40) 396 (10)22889 Ac βminus 615 h 1158 (299) 1731 (117)
γ 3383 (113) 9112 (258) 9690 (158)22890 Th α 1912 a 5340 (272) 5423 (722)22488 Ra α 366 d 5685 (949)22086 Rn α 556 s 6288 (999)21684 Po α 0145 s 6778 (100)21282 Pb βminus 1064 h 3313 (831) 5697 (119)
γ 2386 (436)21283 Bi βminus (6406 ) 6055 m 22521 (3547)
α (3594 ) 6051 (251)20881 Tl βminus 3053 m 1286 (245) 1519 (218) 1796 (487)
γ 5108 (226) 5832 (845) 8606 (124)
26145 (992)21284 Po α 0299 micros 8785 (100)20882 Pb estaacutevel - -
a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima EβmaxFonte Nuclear Data Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2Acesso em 27032007
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
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γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
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Tabela A3 Energia e meia-vida dos nucliacutedeos da seacuterie de decaimento do 235U
Nucliacutedeo Tipo deMeia-vida Energia keV (Intensidade )
Pai Decaimento23592 U α 7038 106 a 4366 (170) 4398 (55)
γ 1438 (110) 1857 (572)23190 Th βminus 2552 h 2060 (128) 2872 (12)
γ 2881 (400) 3053 (330)23191 Pa α 3276 103 a 4951 (228) 5014 (254)
5028 (200) 5059 (110)
γ 274 (103)22789 Ac βminus (986 ) 21773 a 355 (350) 448 (530)
α (14 ) 4941 (055) 4953 (066)22790 Th α 1868 d 5757 (204) 5978 (235) 6038 (242)22387 Fr βminus 2200 m 9143 (101) 1069 (150) 1099 (700)22388 Ra α 1143 d 5607 (252) 5716 (516)
γ 2695 (139)21986 Rn α 396 s 6553 (129) 6819 (794)
γ 2712 (100)21584 Po α 1781 ms 7386 (100)21182 Pb βminus 361 m 1367 (913)21183 Bi α 214 m 6278 (162) 6623 (835)
γ 3511 (129)20781 Tl βminus 477 m 1427 (997)20782 Pb estaacutevel - -a= anos d= dias m= minutos s= segundosPara decaimento β a energia corresponde aquela maacutexima Eβmax Fonte NuclearData Decay - NuDat2 httpwwwnndcbnlgovnudat2 Acesso em27032007
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