METODOLOGIA PARA INSTALAÇÃO DE DETECTORES DE RADÔNIO EM MINAS SUBTERRÂNEAS NO BRASIL

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1 2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005 Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: METODOLOGIA PARA INSTALAÇÃO DE DETECTORES DE RADÔNIO EM MINAS SUBTERRÂNEAS NO BRASIL Carlos Alberto Carvalho Filho 1, Cláudio Raposo 1, James Vieira Alves 1, José Flávio Macacini 2, Kátia Cardozo 3, Mário Osvaldo Fraenkel 4, Vandir de Azevedo Gouvea 4 e Walter de Brito 1 1 Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN-MG) Caixa Postal: 941, , Belo Horizonte, MG cacf@cdtn.br;raposoc@cdtn.br;alvesjv@cdtn.br;britow@cdtn.br 2 Coordenação de Laboratórios (COLAB/CNEN-MG) Caixa Postal: 913, Poços de Caldas, MG macacini@cnen.gov.br 3 Instituto de Engenharia Nuclear (IEN/CNEN-RJ) Caixa Postal: 68550, , Rio de Janeiro, RJ cardozo@ien.gov.br 4 Divisão de Matérias Primas e Minerais (DIMAP/CNEN-RJ) Rua General Severiano 90, , Rio de Janeiro, RJ fraenkel@cnen.gov.br;vgouvea@cnen.gov.br ABSTRACT The objective of this work is to present the methodology for installation of radon detectors in underground mines of Brazil. Radon originates from radium and thorium present in the rocks and its short-lived descendants can be retained inside the lungs of the miners, with cancer risk. The occurrence of high concentrations of radon in Brazilian coal and copper underground mines and the absence of systematic surveillance of those measurements motivated the Comissão Nacional de Energia Nuclear, brazilian regulatory agency, to develop the Radon Project in order to subsidize the elaboration of a specific norm establishing limits of occupational doses, compatible with the international patterns recommended by the International Atomic Energy Agency. Passive radon detectors of the type Solid State Nuclear Track Detector SSNTD (LEXAN and CR39) were installed in each underground mine, at selected spots, for periods varying from 90 to 180 days. These points were chosen according to geological aspects, radiometric activity and characteristics of the mining works. The determination of the radon concentrations is being accomplished at the laboratories of IEN/CNEN - Rio de Janeiro (RJ) and COLAB/CNEN - Poços de Caldas (MG). To this date, March 2005, ten underground mines have already been inspected by CDTN/CNEN and DIMAP/CNEN staffs and about 120 detectors have been installed and retrieved for radon concentration analysis. In the present paper, the procedures used to install and remove the radon detectors are described, as well as the criteria adopted for choosing the points where they are positioned. 1. INTRODUÇÃO A exalação do radônio (Rn) em minas subterrâneas em todo o mundo ocorre devido à presença de rádio e de tório em rochas existentes, que ocorrem, de um modo geral, em frentes de lavra, paredes de galerias, poços (shafts) e rampas de acesso. Quando ocorre a inalação de Rn222 ou Rn220, seus descendentes de vida curta, notadamente, o Po218, podem

2 2 depositar-se no sistema respiratório dos trabalhadores e as partículas alfa emitidas e absorvidas pelos tecidos pulmonares podem causar câncer de pulmão 1. Diversos países da Europa, Estados Unidos e África do Sul já possuem levantamentos de concentrações típicas de Rn em minas subterrâneas de minerais metálicos e de urânio, com especificação da taxa máxima de exalação admitida [1]. No Brasil, não existe ainda um levantamento sistemático dessas concentrações. Os registros existentes são pontuais, como por exemplo, de que minas subterrâneas de carvão, em Figueira (PR), devido à presença de urânio nas rochas, aliada a ausência ou deficiência de ventilação, propicia altos níveis de concentração de radônio, algumas vezes muito acima dos limites de concentração máximos permissíveis para ambientes de galeria de minas subterrâneas, que estão entre 500 e Bq.m -3 [2]. Sabe-se também que os depósitos cupríferos da região de Carajás (PA), estão associados, indiretamente, com mineralizações de urânio e que, naquela área, galerias subterrâneas abandonadas e sem ventilação acumulam altas concentrações de Rn [3]. A Comissão Nacional de Energia Nuclear, órgão fiscalizador no que diz respeito a radioproteção dos trabalhadores, preocupada com a lacuna existente na legislação e ciente da necessidade de ter uma norma própria para a realidade brasileira, propôs, em meados de 2004, o Plano de Trabalho, intitulado Levantamento das concentrações de radônio em minas subterrâneas do Brasil (Projeto Radônio), que tem como objetivo principal a realização de um levantamento sistemático das concentrações de radônio nas principais minas subterrâneas do País. Caso sejam determinadas concentrações superiores aos limites recomendados pela Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), investigações mais detalhadas serão conduzidas no sentido de propor ações mitigadoras [3]. 2. OBJETIVO O objetivo do presente trabalho é apresentar os critérios adotados na escolha dos pontos de amostragem e os procedimentos utilizados na instalação e retirada dos detectores passivos de radônio de traços nucleares do tipo Solid State Nuclear Track Detector SSNTD, em minerações subterrâneas. 3. METODOLOGIA O processo físico de liberação do Rn a partir dos minerais e rochas não é perfeitamente conhecido. Dependendo da magnitude da superfície interna dos minerais, uma pequena parte do Rn penetra as capilaridades, microfraturas e poros da rocha. Sabe-se que só uma parte dos átomos de Rn produzidos pelo decaimento é liberada para o meio circundante (ar e água). A fração que é liberada é definida como o poder de emanação do material. As frações de emanação variam percentualmente em média entre 0,15 e 0,40, com os valores mais altos correspondentes aos menores grânulos. O aumento da umidade também aumenta o poder de emanação. Dois mecanismos diferentes são responsáveis pela migração do Rn. O primeiro é a difusão 1 O Rn 222, gás radioativo natural, é produzido pela desintegração do Ra 226, um descendente do U 238, presente em rochas e solos.

3 ou exalação, pelo qual o Rn move-se em relação ao fluido ou ao ar que preenche os poros do meio; o segundo é o movimento do próprio líquido ou ar através do meio poroso, carregando o Rn, como o movimento de convecção do ar. A emanação e exalação do Rn, respectivamente, devidas aos processos de difusão e convecção, dependem da porosidade do meio, grau de compactação do material, forças geomecânicas e grau de umidade do local [3]. Assim, a diminuição das concentrações de Rn no ambiente de trabalho subterrâneo pode ser obtida por: redução do escape de Rn de áreas já lavradas e não ventiladas para as áreas ativas da mina; melhoria da distribuição de ar fresco para as áreas ativas da mina; redução do tempo de permanência dos trabalhadores em áreas com altas concentrações de Rn; e utilização de equipamentos de mineração robotizados, como em minas de urânio de alto teor. Existem várias técnicas para medições de radônio: amostras instantâneas de ar podem ser coletadas e analisadas em células cintiladoras. Entretanto, concentrações médias usualmente são de maior interesse; técnicas ativas baseiam-se na coleta de uma amostra de ar e subsequente contagem da radiação alfa do radônio e seus descendentes; medidas de longa duração de concentrações médias de Rn podem ser realizadas utilizando-se detectores de traços nucleares (track etch) do tipo SSNTD, sendo estes o policarbonato LEXAN e o de nitrato de celulose CR39. Esses detectores consistem essencialmente de pequenas câmaras circulares de ionização, contendo um ou mais filmes plásticos. O gás radônio penetra naturalmente na câmara e o decaimento do próprio Rn e de seus descendentes resulta em traços sub-microscópicos (tracks) das partículas alfa no plástico. Estes traços são realçados (etching) por meio de uma solução de hidróxido de sódio para que possam ser contados em laboratório, utilizando-se um microscópio conectado a um conjunto de scanner e microcomputador. A obtenção dos dados, dependendo das concentrações a serem determinadas, exige tempos de exposição que variam de 90 a 180 dias. Os procedimentos de laboratório para determinação das concentrações de radônio utilizandose os detectores supracitados é descrito em outro artigo apresentado no VII Encontro Nacional de Aplicações Nucleares, pelos autores deste trabalho. 3.1 Colocação e retirada dos detectores no interior de uma mina subterrânea A colocação de detectores no interior de uma mina subterrânea deve ser feita em pontos previamente selecionados de acordo com os níveis de explotação do minério, ventilação, umidade e litologias predominantes, por períodos de tempo que podem variar de 90 a 180 dias, dependendo da atividade radiométrica no local escolhido. Em determinados pontos devem ser instalados dois detectores lado a lado um deles, denominado temporizador, deve ser retirado normalmente em um prazo menor, para a avaliação do tempo de permanência mais adequado para a retirada dos demais detectores, o outro detector (passivo) permanece no ponto escolhido até a sua retirada. A metodologia implementada no presente plano de trabalho obedeceu aos seguintes critérios, [2]: Localização de pontos de amostragem:

4 4 galerias principais ou rampas de acesso, que são locais de maior trânsito de pessoal e de equipamentos; proximidades da frente de lavra, onde há maior quantidade de material particulado em suspensão (aerossóis) e, conseqüentemente, maior probabilidade de aderência dos descendentes, além de maiores concentrações do próprio radônio provocadas pelo impacto dos gases dos explosivos; pontos de maior radioatividade gama medida com cintilômetro SRAT - SPP-2; locais sem atividade, como por exemplo, galerias abandonadas e locais selados ou não; pontos de retorno do ar de ventilação (ar exaurido) raises e poços; ponto fora da mina (outdoor), para medição do background; ponto no interior da mina, aproximadamente a 100 m da entrada (boca da mina); local de maior concentração de pessoal. e/ou de maior movimentação de máquinas e equipamentos Instalação e retirada dos detectores; escolher os locais com menor umidade, longe de infiltrações/goteiras e de equipamentos que emitam gases voláteis; posicionar os detectores a uma altura média de 1,50 a 1,70 m; identificar os pontos selecionados, posicioná-los em croqui e numerar os detectores colocados, facilitando, assim, a retirada dos mesmos, após transcorrido o tempo de exposição necessário; instalar e retirar todos os detectores numa mesma data pré-definida; anotar o horário de colocação e retirada dos detectores. Normalmente o temporizador é deixado no local por um período de 20 dias, enquanto os demais detectores passivos, de 90 a 180 dias, dependendo da atividade gama no local; colocar o detetor temporizador em ponto de maior atividade cintilométrica e em frente de lavra, lado a lado com outro detetor, que vai permanecer no local por um período de tempo maior; anotar as medidas de atividade gama em cada ponto escolhido; se ela for muito superior a 300 cps (choques por segundo), os temporizadores devem ser retirados com menor tempo de exposição; coletar amostras de rocha nos pontos de instalação dos detectores visando, caso necessário, que seja feita análise mineralógica/petrográfica e dosagem de U e Th para ulterior determinação do nexo causal com a concentração de radônio. 3.2 Documentação da mineradora A fim de subsidiar a interpretação dos resultados e formação de um banco de dados sobre a mina visitada foram solicitadas informações técnicas sobre a geologia regional, geologia local, mineralização, tipologia, controle estrutural, teores, método de lavra, sistema de ventilação e quadro de pessoal. 4. TRABALHOS REALIZADOS O Projeto Radônio é fruto de uma parceria envolvendo a DIMAP Divisão de Matérias

5 Primas e Minerais, da Diretoria de Radioproteção e Segurança da CNEN/Sede (órgão proponente) e instituições vinculadas a CNEN, Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN/MG, Instituto de Engenharia Nuclear IEN/RJ, Coordenação de Laboratórios de Poços de Caldas COLAB/MG. Até março de 2005, foram levantadas, sistematicamente, dez minas, envolvendo bens metálicos, não-metálicos e gemas: ouro (duas minas), gemas (duas minas), zinco (duas minas), níquel (uma mina), agalmatolito (uma mina), fluorita (uma mina) e scheelita (uma mina) [4, 5]. Dessas, oito minas encontram-se no estado de Minas Gerais e foram investigadas pela equipe de geólogos do CDTN. Ao todo foram instalados cerca de 120 detectores de gás radônio. Após o período de exposição esses detectores foram retirados e enviados para análise nos laboratórios do IEN/RJ (detectores LEXAN) e COLAB/MG (detectores CR-39). Os resultados obtidos para as concentrações de radônio estão sendo apresentados em outro artigo publicado no VII Encontro Nacional de Aplicações Nucleares - ENAN, pelos mesmos autores deste trabalho. A estratégia adotada pela CNEN para obter a colaboração das mineradoras visando à instalação dos detectores em cada mina, foi a de manter um contato inicial por telefone e/ou correio eletrônico, com os seguintes objetivos: - explicar ao serviço de segurança/meio ambiente da mineradora as propriedades e características do radônio e seus descendentes, bem como os riscos a que os trabalhadores podem estar expostos; - explicar a natureza preliminar das medições e os tipos de detectores utilizados; - mostrar os benefícios decorrentes do trabalho; - obter a anuência e cooperação dos operadores da instalação; - agendar visitas para a colocação e retirada dos detectores; A CNEN tem como propósito disponibilizar os resultados às mineradoras. Caso sejam determinadas concentrações superiores aos limites aceitos internacionalmente, investigações mais detalhadas serão conduzidas e, eventualmente, serão solicitadas ações mitigadoras. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer às mineradoras pela excelente receptividade aos técnicos da CNEN/CDTN/DIMAP e deixar registrado o elevado nível de interesse por parte dos operadores em todas as minas visitadas. REFERÊNCIAS 1 IELSCH, G. Mise au point d une méthodologie prédictive des zones à fort potentiel d exhalation du Radon. France, Thèse de Doctorat de l Université de Bretagne Occidentale. Rapport CEA-R France (2000). 2 ICRP 65 Annals of the International Comimission on Radiological Protection- Publication n.65 Protection Against Radon-222 at Home and Work (1993).

6 6 3 CNEN. Levantamento das concentrações de gás radônio nas minas subterrâneas do Brasil. Plano de Trabalho. Rio de Janeiro: DIMAP/CGLC, 10 p. (Relatório Interno) (2003). 4 CNEN. Relatório de Viagem, no. 01. Rio de Janeiro: DIMAP/CGLC, 12p. (Relatório Interno) (2004). 5 CNEN/CDTN. Projeto Radônio - Relatórios de Viagem às Minerações - n os. RDTR1-004, RDTR1-007, RDTR1-009, RDTR1-010, RDTR1-011, RDTR1-012 e RDTR1-013, Belo Horizonte: CDTN/TR1. (Relatórios Internos).