Espectro de raios-x por energia dispersiva (EDS)

Figura 26: Microscópio eletrônico de varredura.

O microscópio eletrônico de varredura representado na figura 26, opera com filamentos de Tungstênio em tensões de até de 50kV, possui uma câmara com grandes dimensões, visando a análise do maior número possível de amostras, sem danos ou reduções nos seus tamanhos originais, também pussui uma câmara com grande número de portas para a instalação de detectores e uma câmara com janela de observação e iluminação com a finalidade de ajudar na visualização e inspeção do posicionamento da amostra e dos detectores. A troca da amostra é realizada mais facilmente, graças ao estágio motorizado estar

de rotação e até 90 de inclinação, com capacidade de suportar amostras pesadas de até 5kg, sem restrição de movimentos ou eucentricidades. A operação do MEV em baixa ampliação (3x), garante a observação inicial de grandes áreas, tais como, uma moeda em seu tamanho original ou uma impressão digital. Esta possibilidade, combinada com a grande profundidade de foco do MEV, garante uma imagem muito melhor que um microscópio óptico convencional. O detector EDS é posicionado no mesmo lado da câmara, garantindo desta forma, uma medição dos diversos sinais no mesmo ponto da amostra, sem a necessidade de deslocamento da mesma. A disponibilidade de sistema GSR com estágio automático, permite análises contínuas sem a presença de operador. O sistema possui uma purga automática de gás para dentro da câmara - quando da abertura da porta - minimizar eventuais contaminações e longos tempos de evacuação, sendo que o sistema de vácuo é controlado por bombas turbo-moleculares e apoiado por uma bomba rotativa, possuindo um reservatório de vácuo para operação no modo stand-by. Portanto, o sistema ativo de suspensão de gás garante uma maior estabilizada para a câmara de amostras. A pressão dentro das câmeras é variável até 300 Pa, com capacidade de seleção de pelo menos dois gases de purga para o sistema e o sistema operacional ambiente é o Windows®, que permite a operação através de teclado, mouse ou teclado de comando tipo pad.

Nas praias que apresentaram doses efetiva total que chegaram a mais de duas vezes o valor médio internacional de 0,48 mSv/ano, como é o caso das praias Preta e da Barra do Sahy, foi observado durante a coleta das amostras, que estas praias apresentavam uma coloração escura diferenciada das outras praias, principalmente para as praias Preta de São Sebastião e de Ilha Grande. Portanto, a partir desta peculiaridade foi realizada uma investigação da formação geológica desses sedimentos. Para isso, nos últimos meses foi iniciado, e ainda encontra-se em desenvolvimento, um trabalho em colaboração do Instituto de Geologia da USP, na qual até o momento, foi feito este estudo para a praia Preta da Ilha Grande, Rio de Janeiro.

A análise dos dados mostrou uma diferença na concentração de urânio e tório, em função da profundidade, em relação às amostras da superfície, sendo mais evidente para o caso do urânio. Esses resultados podem ser observados na figura 27.

Figura 27: Concentração de 238

U e 232Th para amostras de material coletado na superfície, a 20 cm e 40 cm de profundidade, na Praia Preta, RJ.

Uma simples análise por microscopia óptica e MEV possibilitou observar partículas magnéticas e não magnéticas em todas as amostras. A figura 28 é uma imagem de microscopia de varredura onde está indicando a presença do mineral zircônia – ZrSiO4 – o qual pode agregar elementos traços como os radionuclídeos da série do 238U e 232Th.

Figura 28: Imagem de grãos magnéticos e não magnéticos de sedimentos encontrados na amostra da superfície da Praia Preta, RJ, sendo destacado um grão de zircônia, o qual pode apresentar elementos traços da série do urânio e do tório.

Foi feita uma separação magnética granular, em colaboração com o Instituto de Geologia da USP, sendo divididos em três classes de sedimentos: altamente magnéticos, magnéticos e não magnéticos. As mais altas concentrações de tório e urânio foram encontradas nas amostras da superfície, onde há a presença de radioisótopos em materiais magnéticos. A figura 29 mostra a distribuição das três classes de sedimentos em função da profundidade.

Figura 29: Percentagem da concentração dos teores de magnéticos em função da profundidade para as amostras da Praia Preta, RJ.

Fazendo uma micro-análise dos resultados apresentados por espetro por energia dispersiva das partículas com diferentes teores magnéticos, utilizando um Microscópio Eletrônico de varredura (MEV) acoplado a um Espectrômetro de Dispersão de Energia (EDS), para permitir a determinação de elementos químicos na amostra, foi possível identificar alguns minerais que possivelmente são os responsáveis pelos altos valores de concentração de tório e urânio nas amostras [13]. As figuras de 30 a 35 são imagens e espectros de raios X obtidos com microscopia eletrônica de varredura.

Figura 30: Imagem de raio X obtido por Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) dos grãos magnéticos.

Figura 31: Espectro de raios X utilizando Dispersão de Energia (EDS) dos grãos magnéticos referentes à figura 29. A presença de titânio e silício nos dão indicações de contribuições radioativa.

Figura 32: Imagem de raio X obtidas com um Microscópio Eletrônico de varredura (MEV) acoplado a um Espectrômetro de Dispersão de Energia (EDS), de um grão de material altamente magnético.

Figura 33: Espectro de raios X utilizando Dispersão de Energia (EDS) confirmando a presença do minério ilmenita e magnetita (esquerda) na fração 1 do sedimento analisado na figura 32. A presença de césio e fósforo (direita) indicam que o material da fração 2 do grão apresentado na figura 32 é uma monazita, mineral geralmente associado ao tório.

Observando as figuras 30, 31, 32 e 33, obtidas com o uso de um Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) acoplado a um Espectrômetro de Dispersão de Energia (EDS), para permitir a determinação de elementos químicos na amostra, foi possível constatar a presença do mineral ilmenita nos sedimentos magnéticos, sendo este um mineral composto por óxido de ferro e titânio, FeTiO3. Já, a monazita, é a principal mineral fonte de óxido de tório, que é radioativo sendo um contaminante da illmenita. Com esta análise preliminar já podemos constatar a existência de inclusões de monazita nos grãos de ilmenita [14].

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Figura 34: Imagem dos grãos não magnéticos. Os grãos mais claros apresentam maior número atômico.

Figura 35: Esquerda: espectro de Raios X referente ao grão 1, indicado na figura 33. A presença de alumínio e potássio indica que pode ser um feldspato. Direita: espectro de Raios X referente ao grão 2. A presença do zircônio indica que pode ser um zircão, o qual, usualmente, contém traços de urânio.

Observando as figuras 34 e 35 é possível constatar a presença de potássio, silício e zircônio, sendo uma indicação de quartzo, feldspato e de zircão, nos sedimentos não magnéticos.

Os feldspatos são silicatos de alumínio podendo conter diferentes proporções de cálcio, potássio e sódio. O zircão, ou silicato de zircônio (ZrSiO4), geralmente apresenta alta concentração de urânio como elementos traços [14].

5. CONCLUSÃO

Este estudo visou o conhecimento da distribuição, da concentração e da dose efetiva de exposição aos radionuclídeos 40K, e dos elementos das séries do 238U e 232Th nas areias de praia, por meio da técnica de espectroscopia de raios gama, em regiões distintas do sudeste do Brasil, como os Estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Espírito Santo. Esta etapa da pesquisa dá continuidade ao trabalho que vêm sendo feito ao longo de três anos para realizar um mapeamento da distribuição dos radionuclídeos primordiais no Estado de São Paulo, bem como determinar a dose efetiva de radiação natural terrestre na qual a população destas regiões estão submetidas e comparar estes valores com o valor médio internacional de dose efetiva, devido à exposição externa aos raios gama, provenientes dos elementos naturais terrestre de 0,48 mSv/ano.

Através dos resultados obtidos foi feita uma análise detalhada dos espectros adquiridos, as amostras de areia obtidas se apresentaram consideravelmente diferentes para os espectros das praias Preta e Barra do Sahy de São Sebastião, São Paulo, da praia Preta da Ilha Grande, Rio de Janeiro e da praia de Camburi em Vitória, Espírito Santo, na qual apresentam uma concentração maior dos radionuclídeos primordiais 40K, 238U e 232Th, do que para as outras praias estudadas, sendo que foram encontrados valores de dose efetiva total de 1,07 (6), 1,47 (8), 1,20 (24) e 0,73 (3), respectivamente. Este fenômeno é observável também pelo fato de aumentarem o número de contagens dos outros filhos do 232Th, como o 228Ac e para as outras energias do 214Bi, filho do 238U. Sendo assim, também foi identificado que o filhos da série de decaimento do 232Th foram os que mais contribuíram na dose total. Por meio de um estudo geológico da praia Preta da Ilha Grande, se observou através da microscopia eletrônica de varredura equipado com um EDS que, após uma separação magnética forte e fraca dos grãos, o principal mineral responsável pela alta dose desta praia é o zircão que possui elementos traços de urânio e principalmente tório, terras raras e monazita. Na fração altamente magnética foram encontrados grãos de illmenita, magnetita e monazita, sendo que a monazita é rica principalmente de traços de tório.