Materiais utilizados para atenuação de radiação

Abdo e Megahid (2001) trazem a nomenclatura dos materiais construtivos utilizados para isolamento de radiações eletromagnéticas como “escudos”, segundo

estes autores, os materiais mais densos são escolhidos preferencialmente para servir como atenuadores. Isso porque as energias de radiação têm sua intensidade diminuída em função das interações que realizam com o material de vedação e, com uma maior quantidade de matéria por volume há um aumento na possibilidade de interação/choque das ondas radioativas com barreiras físicas atenuantes, sejam elétrons, núcleo ou o próprio átomo (TAUHATA et. al, 2014).

Algumas pesquisas relacionadas à produção de blindagens são condensadas no Quadro 1, onde estão descritos os tipos de materiais utilizados e as conclusões que os autores obtiveram.

Quadro 1 – Materiais usados para blindagem

Tipo de Vedação Autores Conclusão da Pesquisa Aço Silva et al. (2015),

Gondim (2009)

Aços de baixo teor de carbono são aplicáveis em blindagens por oferecer resistência e densidade elevada. Podem ser utilizados em portas e marcos ou de forma complementar ao concreto. Chumbo Silva et al. (2015),

Gondim (2009)

O chumbo possui alto custo e geralmente é utilizado onde ocorrem aplicações de radiação de alta insensidade. Para uso em divisórias as placas de chumbo possuem limitações de baixa resistência e dificuldade de manuseio.

Concreto/ Concreto pesado Horszczaruk et al. (2015), Albuquerque (2014), Fillmore (2004), Abdo e Megahid (2001)

O concreto apresenta alta capacidade de proteção de radiação, propriedades mecânicas satisfatórias, durabilidade, baixo preço (em relação ao chumbo) e facilidade de execução, contudo, acarreta maior peso para a edificação. Albuquerque (2014),

Facure e Silva (2007), Volkman (2006), Cao e Chung (2004)

Pires et al. (1999)

Podem ser adicionados agregados específicios para acrescer à massa específica e aumentar a capacidade de atenuação do concreto como minérios e óxidos de ferro, resíduos siderúrgicos, entre outros.

Gesso Lins (2019), Lins et al. (2018),

Silva (2016)

Apesar da sua baixa densidade, para proteção de baixas energias, como é o caso de radiodiagnóstico, possui grande facilidade de ser empregado na forma de paredes estruturais de fácil e rápida montagem (drywall).

Materiais Cerâmicos

Gondim (2009), Frimaio (2006), Barros (2001)

São utilizados devido o baixo custo, apesar de serem exigidas espessuras elevadas (equivalência de 1,63 mm de chumbo).

Como pôde ser percebido, diversos materiais são empregados nas construções que têm como premissa manter os níveis de intensidade de energia das radiações eletromagnéticas na faixa aceitável (normatizada) para as áreas externas. Para tanto, os mesmos podem ser combinados visando garantir o principal propósito das barreiras, a proteção dos trabalhadores do local e do público em geral (LINS, 2019; SILVA, 2016)

De acordo com Albuquerque (2014), o fator intensidade de energia é determinante da escolha do material de vedação. Quando fótons de menor carga são utilizados, como é o caso de radiodiagnóstico, os revestimentos empregados podem ser os de uso convencional: painéis de concreto, gesso acartonado ou alvenaria; podendo esta receber revestimento de argamassas com adições de agregados pesados (barita ou óxidos de ferro, por exemplo). Já em situações onde é exigida a atenuação de energias elevadas, como usinas nucleares e salas de radioterapia, requer-se uma espessura muito elevada dos materiais convencionais, sendo as alternativas mais recorrentes o uso de concreto pesado ou painéis de chumbo.

Ainda, segundo Albuquerque (2014), composições e arranjos diferenciados podem ser realizados nos materiais devendo, porém, serem analisados os aspectos físicos, econômicos, sociais e ambientais nestas produções.

Uma condição que chama atenção neste meio é que, todo material a ser utilizado para blindagem e que por ventura, venha a ser demolido, para reformas ou alterações, torna-se um resíduo perigoso, não podendo ser depositado no meio ambiente. Tal exigência está presente na Resolução 307, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2002).

2.4.3.1 Argamassa pesada

Os materiais cimentícios são bons atenuadores de radiação e, para este uso específico, podem ocorrer adições nos compósitos visando atingir ganhos na blindagem de radiação devido ao aumento da massa específica (FACURE e SILVA, 2007; OUDA, 2014). Baltas et al. (2019) afirmam que é importante procurar argamassas adequadas que possam ser potencialmente usadas em aplicações de blindagem.

A argamassa pesada mantém a composição convencional de aglomerante, agregado e água, podendo ou não contar com aditivos e adições. Difere-se,

basicamente, pela utilização de agregados pesados, naturais ou artificiais, que fazem com que a argamassa atinja massa específica da ordem de 2300 kg/m³ ou superior, sendo que, a de densidade normal apresenta valores entre 1400 kg/m³ à 2300 kg/m³ (CARASEK, 2010; MEHTA E MONTEIRO, 2014).

Ouda (2014) faz menção às características dos agregados pesados para serem aplicados na pasta cimentícia: os mesmos precisam ser inertes em relação aos álcalis e isentos de óleo e de elementos estranhos, que podem ter efeitos indesejáveis na ligação pasta/agregado ou na hidratação do cimento.

Uma das limitações para o uso de argamassas para blindagem, indicada por Almeida Junior (2014), é a falta de literatura técnica voltada para caracterizar a utilização frente a diferentes energias de radiações X. Isso resulta num superdimensionamento, uma vez que, é feito em equivalência de espessura de chumbo ou concreto.

Segundo Fontana (2015), para alcançar uma barreira efetiva à radiação pelo uso dos compósitos cimentícios, estes devem ser produzidos de maneira que permita uma matriz mais fechada, realizando a mistura de partículas de agregados menores e maiores, ou seja, através de uma granulometria contínua. Este refinamento granular efetua o preenchimento dos interstícios, resultando em maior compactação e acréscimo de densidade. Abdo e Megahid (2001) complementam indicando que, desta forma, haverá maior homogeneidade na mistura. Já Gheoghe et al. (2014), trazem a relação água/cimento baixa como fator fundamental para garantir a impermeabilidade de radiação.

A opção mais utilizada de argamassa para proteção radiológica é a baritada. Existindo sob a forma de produto industrial consolidado no mercado, que tem obtido resultados satisfatórios na blindagem de salas para radiologia diagnóstica (FONTANA, 2015). Composta de sulfato de bário (BaSO4), areia, ligas de agregação e outros

elementos minerais, apresenta alta densidade, variando de 2050 kg/m³ segundo Barros e Macioski (2014) até 3200 kg/m³ conforme apontado por Almeida Junior (2014).

São algumas das características dessa argamassa, além da capacidade atenuante: baixo custo, maior durabilidade e menor grau de toxicidade em relação ao chumbo e menor carga na estrutura em relação a divisórias de concreto. Contudo, segundo Binici et al. (2014), obtém-se resistências menores que a própria argamassa convencional e, segundo Coelho (2009), devido à exploração excessiva das reservas

mundiais de bário, o mineral está propenso a se tornar escasso e de alto valor comercial.

Há, também, a possibilidade de emprego de óxidos de ferro para este fim. Sikora et al. (2016) e Pires et al. (1999) utilizaram de magnetita como agregado atenuante, Oto et al. (2016) chegaram a aplicar o mineral na totalidade dos agregados da mistura. Outros óxidos de ferro utilizados em pesquisas que avaliaram compósitos cimentícios para tal finalidade são a hematita e a goethita e, ainda, misturas contendo óxidos de ferro como limonita e ilmenita (SAHADATH et al.,2016; SINGH et al., 2014, GHEORGE et al, 2014; VOLKMAN, 2006; ABDO e MEGAHID, 2001). Depreende-se destas experiências que ocorreu o acréscimo da massa específica e da blindagem de radiação, em todos os casos, pela presença dos óxidos dos ferro naturais. Na Tabela 1 são apresentados resultados obtidos na literatura para a magnetita.

Tabela 1. Percentual de atenuação da magnetita

% do óxido sobre o peso de cimento % do ganho de atenuação em relação à amostra de referência Energia de radiação 59,54 keV 80,99 keV 2,5% 9,4% 8,8% 5,0% 10,3% 9,6% 10,0% 14,1% 12,8% 20,0% 20,7% 18,4% Fonte: Oto e Gür, 2013.

Somado a estes, alternativas de agregados atenuantes estão sendo buscadas, sendo que, a utilização de resíduos e coprodutos na formulação de concretos e argamassas especiais tem apresentado crescimento e visibilidade nos últimos anos (BINICI et al., 2014). Tal iniciativa é adotada principalmente porque, de acordo com a Resolução 307 do CONAMA (2002), o material que for empregado para proteção radiológica será classificado de Classe D – resíduo perigoso (ou Classe I da NBR 10004), a partir do seu uso. Por isso, independemente da sua composição ou origem, o material já estará comprometido a este enquadramento. Logo, utilizar um material que já trata-se de um resíduo perigoso, sendo o mesmo encapsulado na matriz cimentícia, passa a ser uma ação sustentável, justamente por não produzir novos resíduos da mesma ordem.

Além disso, podem ser obtidos produtos com características melhoradas pelo uso destes excedentes, como exemplo, Gallala (2017) utilizou resíduos da mineração composto por barita e fluorita, alcançando ganhos na blindagem e de resistência em relação à argamassa de referência. Fontana (2015) utilizou de escória de aciaria como uma opção ecológica e econômica de agregado pesado, alcançando resultados superiores de atenuação e comportamento mecânico quando combinada à barita, em relação aos mesmos materiais utilizados de maneira isolada.