RELATÓRIO DE AVALIAÇÃO DAS DOSES EFETIVAS NOS GRUPOS CRÍTICOS DA POPULAÇÃO DECORRENTES DA OPERAÇÃO ROTINEIRA DAS INSTALAÇÕES DO IPEN 2013

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1 RELATÓRIO DE AVALIAÇÃO DAS DOSES EFETIVAS NOS GRUPOS CRÍTICOS DA POPULAÇÃO DECORRENTES DA OPERAÇÃO ROTINEIRA DAS INSTALAÇÕES DO IPEN 2013 GERÊNCIA DE RADIOMETRIA AMBIENTAL 1 de 122

2 EQUIPE EXECUTORA Chefe da Gerência de Radiometria Ambiental: Barbara Paci Mazzilli Responsável pela elaboração do relatório: Marcelo Francis Máduar Responsável pela elaboração do termo fonte dos efluentes radioativos líquidos: Marcelo Bessa Nisti Responsável pela elaboração do termo fonte dos efluentes radioativos gasosos e particulados: Paulo Renê Nogueira 2 de 122

3 Sumário 1 Introdução Avaliação da dose efetiva decorrente da liberação de efluentes líquidos Caracterização do meio aquático sob influência do ipen Metodologia utilizada na avaliação da dose efetiva Estimativa da dose efetiva no grupo crítico no ano de Resultados e conclusões Avaliação da dose efetiva decorrente da liberação de efluentes gasosos e aerossóis Caracterização das liberações de efluentes gasosos e aerossóis do ipen Metodologia utilizada na avaliação da dose efetiva Estimativa da dose efetiva no grupo crítico no ano de Resultados e conclusões Referências bibliográficas...14 Anexo A Relatórios de análise de efluentes líquidos de Anexo B Relatórios de análise de efluentes gasosos de de 122

4 RELATÓRIO DE AVALIAÇÃO DAS DOSES EFETIVAS NOS GRUPOS CRÍTICOS DA POPULAÇÃO DECORRENTES DA OPERAÇÃO ROTINEIRA DAS INSTALAÇÕES DO IPEN Introdução A atividade normal de uma instalação nuclear ou radiativa, assim como qualquer outra atividade humana, apresenta certo risco. A operação normal de uma instalação envolve a liberação de efluentes radioativos líquidos ou gasosos (CNEN, 1985; CNEN, 2011). Cabe ressaltar que uma completa remoção dos radionuclídeos contidos nestes efluentes, antes de serem descarregados para o meio ambiente, não é praticamente possível. Cabe à Supervisão de Radioproteção de cada instalação estabelecer um programa de amostragem dos efluentes radioativos para determinar a quantidade de material radioativo, termo fonte, liberada para o meio ambiente e detectar imediatamente, qualquer liberação não planejada acima dos limites operacionais preestabelecidos (CNEN, 1985). O controle de efluentes é, portanto, uma monitoração de caráter preventivo, pois uma vez determinado o termo fonte da instalação e as características do meio ambiente receptor, é possível avaliar a dose de radiação recebida pelos indivíduos do público e, em particular, pelo grupo crítico, antes que o material radioativo seja lançado no meio ambiente (IPEN, 1995; IAEA, Este relatório apresenta a avaliação das doses efetivas nos grupos críticos decorrentes da liberação de efluentes líquidos, gasosos e aerossóis pelas instalações do ipen, em operação normal. São apresentados os resultados para o ano de Os anexos apresentam os resultados das análises de efluentes gerados pelas instalações do ipen no período considerado. O anexo A apresenta os relatórios de análise de efluentes líquidos e o anexo B apresenta os relatórios de análise de filtros de coleta de efluentes gasosos e aerossóis. 4 de 122

5 2 Avaliação da dose efetiva decorrente da liberação de efluentes líquidos 2.1 Caracterização do meio aquático sob influência do ipen Atualmente, todo o esgoto produzido no campus da Cidade Universitário (CUASO), incluído aí aquele produzido pelo ipen, segue para a Estação de Tratamento de Esgoto de Barueri (ETE-Barueri) da SABESP. O esgoto é tratado com uma vazão média de 7 m 3 s -1 para depois ser lançado ao corpo de água receptor, que é o rio Tietê (IPEN, 2006; Nisti, 2009). A qualidade da água do rio Tietê no ponto de descarga e no seu entorno impossibilita o seu uso para consumo humano e também a existência de vida aquática; por outro lado, a dragagem do sedimento de fundo destes rios e a sua posterior disposição nas margens permite o contato humano com o material sedimentar. Estas características particulares fazem do sedimento o compartimento ambiental mais importante. A maior parte do material em suspensão deposita-se neste corpo de água. Por este motivo, o material dragado do seu leito é o mais importante, em termos radiológicos. Portanto, as principais vias de exposição do homem à radiação decorrente da liberação dos radionuclídeos contidos nos efluentes líquidos liberados pelo ipen são (Della Rocca, 1995): - exposição externa ao sedimento dragado do leito do rio Tietê e depositado nos bota-foras existentes ao longo de suas margens; - exposição externa ao material sedimentar das margens do rio Tietê. A exposição interna decorrente da inalação de particulados ressuspendidos seria potencialmente outra via de exposição a considerar; no entanto, em virtude de a liberação de efluentes contendo emissores alfa, no ano de 2013, ter ocorrido em níveis que podem ser considerados insignificantes, essa via de exposição não foi levada em conta na avaliação da dose efetiva. O grupo crítico é constituído pelos indivíduos do público presentes nas margens do rio Tietê, integrado por trabalhadores adultos que retiram o sedimento do leito do rio para colocá-lo em bota-foras existentes ao longo do canal, para posterior disposição em aterros definitivos, e que durante o desempenho de suas funções profissionais permanecem junto às margens do canal. Para os efluentes provenientes das instalações do ipen, considerou-se que o ponto de descarga ocorre na margem esquerda do rio Tietê, junto à estação de tratamento de esgotos ETE-Barueri. A estimativa da dose foi feita levando-se em conta os caminhos críticos que levam à exposição externa do indivíduo ao sedimento contaminado, já que todos os radionuclídeos liberados nesta condição são emissores gama. A concentração dos radionuclídeos no sedimento foi estimada considerando-se a concentração média de cada radionuclídeo de interesse na água ao longo do trecho em estudo. Este procedimento justifica-se pelo fato de que os trabalhadores que executam o serviço de dragagem do sedimento e posterior deposição nos bota-foras podem permanecer em qualquer ponto ao longo da margem. 5 de 122

6 2.2 Metodologia utilizada na avaliação da dose efetiva A dose efetiva no grupo crítico é avaliada por meio de modelos dosimétricos que relacionam o valor da concentração de cada radionuclídeo nos compartimentos ambientais de interesse com a dose resultante no ser humano. A dose efetiva anual E é calculada conforme descrito a seguir. Exposição externa ao sedimento depositado em bota-foras no rio Tietê: E= i C s,i I s FCD ex,i w s ρ sendo: E : dose efetiva anual (Sv.ano -1 ); C s,i : a concentração do radionuclídeo i no sedimento dragado do rio Tietê (Bq.kg -1 ); FCD ex, i : o fator de conversão de dose externa para o radionuclídeo i (Sv.h -1 por Bq.m -2 ); w s : o fator de modificação para a geometria da fonte para atividades no botafora (adimensional) (igual a 1,0) I s : a taxa de ocupação por atividade no bota-fora (500h/ano); ρ : Densidade superficial efetiva do sedimento (40kg/m 2 ) Exposição externa ao sedimento nas margens do rio Tietê: E= C s,i ρ 0,025 I M FCD ex,i w M i sendo: ρ : a densidade do material sedimentar (1600 kg/m 3 ); 0,025 : corresponde à espessura em metros da camada de sedimento considerada para o cálculo da contaminação superficial; w M : o fator de geometria da fonte para atividades na margem do rio (adimensional) (0,2); 6 de 122

7 I M : a taxa de ocupação para atividades nas margens do rio (2000 h.ano -1 ). 2.3 Estimativa da dose efetiva no grupo crítico no ano de 2013 A partir do termo fonte e da modelagem do transporte dos radionuclídeos nos compartimentos ambientais de interesse, foi estimada a dose efetiva no grupo crítico. A dose efetiva (E) foi obtida com a aplicação da metodologia descrita, utilizando-se os fatores de conversão de dose externa ) (Eckerman & Ryman, 1993; IAEA, 2001) para os nuclídeos de interesse. A concentração média C i do radionuclídeo i na água do rio Tietê foi obtida a partir do termo fonte e aplicando-se o modelo de dispersão com os parâmetros hidrológicos correspondentes, por meio da expressão C i = 2 Ṁ 1/ 2 i 4 π x ϵ ūht ( y λ ūt 2 (1+Kd i S s )) exp( i x ū(1+kd i S s )) com ϵ y dado por ϵ y =0,6 h 5/ 6 g ūn sendo: Ṁ i : a taxa de descarga (Bq.s -1 ) ū : a velocidade média de escoamento na direção longitudinal (0,03 m/s) h : a profundidade do canal T : a largura do rio x : a coordenada na direção do escoamento (m) ϵ y : o coeficiente de difusão turbulenta transversal médio Kd i : o coeficiente de distribuição entre as concentrações do radionuclídeo i nos meios sólido e líquido no equilíbrio (L.kg -1 ) S s : a concentração de sedimento em suspensão na água (kg.l -1 ) λ i : a constante de decaimento radioativo do radionuclídeo i g a aceleração da gravidade (9,8 m/s 2 ) n o coeficiente de rugosidade de Manning (0,03) A concentração dos radionuclídeos no sedimento, C s,i, foi estimada levando-se em conta a concentração média de cada radionuclídeo de interesse na água, ao longo do trecho em questão do rio Tietê. As concentrações na água e no sedimento relacionam-se pela expressão C s,i =Kd i C i. Os parâmetros utilizados na avaliação (IAEA, 2001), discriminados para cada radionuclídeo emissor gama, são relacionados na tabela seguinte. Os valores de FCD ex, i 7 de 122

8 para os isótopos de urânio referem-se à dose externa decorrente de seus produtos de decaimento. Período: 01/01/2013 a 31/12/2013 (TERMO-FONTE-L-2013): Radionuclídeo i Kd i (L.kg -1 ) FCD ex, i (Sv.h -1 )/(Bq.m -2 ) 24 Na 1, , Cr 1, , Mn 1, , Co 5, , Co 5, , Co 5, , Co 5, , Zn 2, , Sb 1, , Sb 2, , Cs 1, , Ba 6,0 10 3, La 2, , Re 2, , Re 2, , U 1, , U 1, , Resultados e conclusões Adotando a hipótese conservativa na qual o indivíduo estivesse submetido simultaneamente à exposição decorrente de todas as vias de exposição e todos os radionuclídeos considerados, as somatórias anuais dos valores de dose efetiva levam a um total de 7, msv durante o ano de Este valor pode ser considerado insignificante do ponto de vista de proteção radiológica, pois está 4 ordens de magnitude abaixo do limite de dose anual máximo admissível para indivíduos do público (IAEA, 2007; CNEN, 2011), que é de 1 msv/ano. 8 de 122

9 Conclui-se, portanto, que durante o ano de 2013 o resultado final da dose efetiva decorrente da liberação de efluentes líquidos pelas instalações do ipen mostrou-se de acordo com o limite de dose estabelecido pelas normas de proteção radiológica. 3 Avaliação da dose efetiva decorrente da liberação de efluentes gasosos e aerossóis 3.1 Caracterização das liberações de efluentes gasosos e aerossóis do ipen Atualmente o ipen possui 3 instalações que liberam, em regime de operação normal, efluentes gasosos e aerossóis para a atmosfera, a saber: Centro do Reator de Pesquisa CRPq Centro de Radiofarmácia da Diretoria de Radiofarmácia CR / DIRF Centro de Aceleradores Cíclotron da Diretoria de Radiofarmácia CAC / DIRF A liberação é feita por meio de chaminés, em cuja saída realiza-se a amostragem dos efluentes gasosos e aerossóis. Os parâmetros do sistema atmosférico local são obtidos a partir de uma torre meteorológica localizada no campus do ipen, na área de influência das instalações citadas. A partir das características dos sistemas de liberação dos efluentes, da quantificação da atividade liberada para o meio ambiente e dos parâmetros meteorológicos, é feita a avaliação da dose efetiva no grupo crítico, conforme descrito a seguir. 3.2 Metodologia utilizada na avaliação da dose efetiva Para efluentes gasosos e aerossóis, e considerando que não há atividade agrícola na zona de influência das instalações, as vias de exposição do indivíduo à radiação a serem consideradas no local são (IAEA, 2001): - exposição interna pela inalação do material na nuvem radioativa; - irradiação externa a partir de depósitos de radionuclídeos no solo; - irradiação externa decorrente da imersão do indivíduo na nuvem radioativa. A liberação de efluentes gasosos e aerossóis é feita por chaminés nas respectivas instalações, e ocorre na zona atmosférica de deslocamento. Nesse caso, recomenda-se (IAEA, 2001) o uso do modelo de pluma gaussiana com médias por setor, na forma descrita a seguir. As concentrações são obtidas a partir da consideração que o efluente liberado na atmosfera sofre dispersão pelo processo de difusão atmosférica turbulenta. A estimativa da dispersão é baseada no modelo de difusão de pluma gaussiana. Para a liberação contínua de efluente a partir de um ponto elevado em relação ao solo sob condições de difusão 9 de 122

10 constantes e levando-se em conta a reflexão da pluma no nível do solo, a concentração de atividade de um determinado radionuclídeo é expressa por C A (x, y, z)= Q i 2π σ y σ z u exp ( y2 2σ y 2 )[ exp ( (z H ) )2 2 2σ z +exp ( (z+h ) ] )2 2 2σ z onde C A (x, y, z) é a concentração atmosférica (Bq.m -3 ) no ponto (x,y,z) a partir do ponto de descarga, no sentido do vento; Q i é a taxa de descarga do radionuclídeo i (Bq.s -1 ) u é a velocidade média do vento (m.s -1 ) x é a distância no sentido do vento (m) y é a distância transversalmente ao vento (m) z é a altura acima do solo (m) σ y, σ z são os parâmetros de difusão (m), que são função de x e da estabilidade atmosférica H é a altura de liberação do efluente (m) Para aplicação ao local em estudo, tal modelo pode ser simplificado com a adoção das seguintes suposições: Uma única direção do vento para cada cálculo de concentração no ar; Uma única média de longo prazo da velocidade do vento; Uma classe de estabilidade atmosférica neutra (classe D de estabilidade Pasquill-Gifford). Com base nessas suposições, a concentração do radionuclídeo no ar atmosférico é expressa por C A = P p F Q i u a onde C A é a concentração no ar ao nível do solo à distância x a sotavento, no setor p (Bq.m -3 ); P p é a fração do tempo, durante o ano, em que o vento sopra na direção do receptor de interesse no setor p; 10 de 122

11 u a F Q i é a média geométrica da velocidade do vento na altura de liberação, representativa de um ano (m/s); é o fator de difusão gaussiana apropriado para a altura H de liberação e distância x a sotavento (m -2 ); é a taxa de descarga anual média para o radionuclídeo i (Bq/s); A concentração de atividade no solo é estimada a partir da taxa de deposição de radionuclídeos presentes na nuvem, de acordo com a expressão: ḋ i =(V d +V w )C A onde ḋ i é a taxa de deposição média diária total no solo para o radionuclídeo i para processos de deposição seca e úmida (Bq.m -2.d -1 ); V d,v w são os coeficientes de deposição seca (d) e úmida (w), respectivamente (m/d). A dose efetiva anual pela imersão na pluma da liberação atmosférica, E ims, em Sv/a, é dada por onde E ims =C A DF ims O f DF ims é o coeficiente de dose efetiva para imersão (Sv/a por Bq/m 3 ); DF ims é a fração do ano durante a qual o membro do grupo crítico hipotético é exposto por meio desta particular via. onde A dose efetiva anual decorrente de material depositado no solo, E gr, é dada por E ims =C A DF ims O f DF gr é o coeficiente de dose efetiva para exposição a depósitos no solo (Sv/a por Bq/m 2 ); C gr é a concentração superficial de atividade do depósito do radionuclídeo i (Bq/m 2 ). A concentração C gr é dada por C gr = ḋi [1 exp( λ E t B )] λ E 11 de 122

12 onde λ E λ s t B é a constante da taxa efetiva de redução da atividade nos 10 a 20 cm superiores do solo (d -1 ), em que λ E =λ i +λ s ; é a constante da taxa de redução da atividade no solo decorrente de processos outros que não o decaimento radioativo; é a duração da descarga de material radioativo (d). A dose efetiva anual pela inalação, E inh, em Sv/a, é dada por E inh =C A R inh DF inh onde R inh é a taxa de inalação (Bq/m 3 ); DF inh é o coeficiente de dose por inalação (Sv/Bq). 3.3 Estimativa da dose efetiva no grupo crítico no ano de 2013 Os dados do termo fonte de efluentes gasosos e aerossóis do ipen para o ano de 2013 usados na estimativa da dose efetiva são apresentados na tabela a seguir. Período: 01/01/2013 a 31/12/2013 (TERMO-FONTE-G-2013) Radionuclídeo i Bq/ano 18 F 2, I 2, A modelagem da dispersão na atmosfera dos efluentes gasosos e aerossóis liberados pelo ipen em operação rotineira foi feita com o uso dos dados meteorológicos locais correspondentes ao máximo período contínuo de operação da torre meteorológica situada no campus do ipen. De acordo com tal critério, no período compreendido entre os anos de 2003 e 2007 predominaram os ventos provenientes do setor SSE, durante 19,1% do tempo, medidos à altura de 30 m. A média geométrica da velocidade dos ventos deste setor foi u a = 2,86 m/s. A partir do parâmetro de difusão vertical σ z e da altura efetiva de liberação dos efluentes, foi obtida (IAEA, 2001) a função que relaciona o fator F de difusão gaussiana no setor NNW com a distância x do ponto de liberação. O máximo valor foi de F = 3, m -2, para x = 1400 m, definindo-se portanto o grupo crítico da população como sendo aquele que permanece a 1,4 km no setor NNW, medidos a partir das instalações do CR. 12 de 122

13 Na tabela seguinte são apresentadas a taxa média de liberação anual, a concentração máxima no ar no setor de interesse e a concentração superficial de os radionuclídeos no solo, a partir do fator de difusão F e do coeficiente de deposição total (seca e úmida) de 1, m/d. Não foi calculada a contribuição do 18 F, por ser um radionuclídeo de meia vida curta em comparação com a escala de tempo dos processos de dispersão ambientais. Radionuclídeo i Taxa de liberação (Bq/s) Concentração no ar (Bq/m 3 ) 131 I 24,0 6, ,9 Concentração superficial no solo (Bq/m 2 ) Para a avaliação da dose, adotou-se taxa de inalação de 8, m 3 /a e os coeficientes relacionados a seguir. A última coluna apresenta a dose anual. Radionuclídeo i DF im (Sv/a por Bq/m 3 ) DF gr (Sv/a por Bq/m 2 ) DF inh (Sv/Bq) E (msv/ano) 131 I 5, , , , Resultados e conclusões Adotando a hipótese conservativa na qual o indivíduo estivesse submetido simultaneamente à exposição decorrente de todas as vias de exposição e todos os radionuclídeos considerados, a somatória anual dos valores de dose efetiva leva a um total de 8, msv durante o ano de Este valor pode ser considerado insignificante do ponto de vista de proteção radiológica, pois está 4 ordens de magnitude abaixo do limite de dose anual máximo admissível para indivíduos do público (IAEA, 2007; CNEN, 2011), que é de 1 msv/ano. Conclui-se, portanto, que durante o ano de 2013 o resultado final da dose efetiva decorrente da liberação de efluentes gasosos e aerossóis pelas instalações do ipen mostrou-se de acordo com o limite de dose estabelecido pelas normas de proteção radiológica. 13 de 122

14 4 Referências bibliográficas 1. COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR (CNEN). Diretrizes Básicas de Proteção Radiológica. CNEN, (CNEN-NN-3.01:2011). 2. COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR (CNEN). Gerência de Rejeitos Radioativos em Instalações Radiativas. CNEN, (CNEN-NE ). 3. COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL. Efeitos das regras operacionais no Tietê Alto - Zona Metropolitana, no Tietê Médio - Superior e no reservatórios Billings. São Paulo: CETESB, (Informe nº 8 de 08/09/94). 4. DELLA ROCCA, F.F. Estimativa da dose nos indivíduos do público decorrente da liberação de efluente líquido pelo IPEN. Dissertação de Mestrado, São Paulo, ECKERMAN, K.F.; RYMAN, J.C. External Exposure to Radionuclides in Air, Water, and Soil, Exposure-to-Dose Coefficients for General Application, Based on the 1987 Federal Radiation Protection Guidance, Federal Guidance Report No. 12 Oak Ridge National Laboratory. Oak Ridge, Tenn., INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Generic models for use in assessing the impact of discharges of radioactive substances to the environment. Safety Reports Series No. 19. Vienna: IAEA, INTERNATIONAL COMMISSION ON RADIOLOGICAL PROTECTION. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Publication 103, Elsevier, INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES. Monitoração ambiental nas imediações de instalações nucleares. São Paulo: IPEN, (IPEN-Pub-363) 9. INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES. Avaliação Radiossanitária do Meio Ambiente sob Influência do IPEN. São Paulo: IPEN, (IPEN-Pub-401) 10.INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES. Relatório Geral da Instituição. Características Físicas do Local Hidrologia. Documento interno do IPEN. São Paulo: IPEN, NISTI, M.B. Sistema ambiental aplicado à liberação de efluente radioativo líquido Dissertação (Mestrado) Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo. 12.TERMO-FONTE-G Termo Fonte do Efluente Radioativo Gasoso das Instalações do ipen , Documento interno LRA/GMR. São Paulo, TERMO-FONTE-L Termo Fonte do Efluente Radioativo Líquido das Instalações do ipen , Documento interno LRA/GMR. São Paulo, de 122

15 Anexo A Relatórios de análise de efluentes líquidos de de 122

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33 Anexo B Relatórios de análise de efluentes gasosos de de 122

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