O Laboratório de Poços de Caldas possui uma relevante capacitação técnica nas seguintes áreas de conhecimento: processos físico-químicos, hidrometalúrgicos e biometalúrgicos, biologia ambiental, radioecologia e segurança nuclear. Aliada a essa experiência técnica, conta também com uma infra-estrutura totalmente adequada para realização de pesquisas e desenvolvimentos tecnológicos.
A pesquisa e desenvolvimento na área de segurança nuclear são de reconhecida importância para o órgão regulatório, pois promove a aquisição de subsídios técnicos necessários ao exercício das atividades de licenciamento, fiscalização e descomissionamento de instalações nucleares e radiativas.
Nesse contexto o Laboratório de Poços de Caldas vem desenvolvendo inúmeras pesquisas, principalmente aquelas referentes a rejeitos radioativos e pesquisas no Planalto de Poços de Caldas sobre a influência da radioatividade natural e da INB/UTM - Caldas, na ecologia e meio ambiente. As principais pesquisas são:
Nesta pesquisa propõe-se uma rota alternativa de tratamento das águas ácidas geradas na INB/UTM - Caldas, visando não apenas a redução de poluentes químicos e radioativos, mas também a recuperação do urânio. O projeto incorpora três etapas: (1) tratamento das águas ácidas pelo processo de troca iônica para recuperação do urânio e obtenção de um concentrado dentro das especificações comerciais, (2) tratamento dos efluentes líquidos, resultantes do processo com resina, empregando adsorventes naturais, baratos e facilmente disponíveis como argilas minerais, solos da região e (3) seleção de microorganismos bioadsorventes adequados para tratar rejeitos radioativos aquosos com baixas atividades.
Os adsorventes naturais, para descontaminar efluentes contendo elementos estáveis tóxicos e radionuclídeos, exibem boas propriedades de sorção e alta resistência térmica e radioquímica, sendo a vantagem principal destes materiais o baixo custo e fácil disponibilidade. Esses materiais seriam testados como barreiras geológicas, recobrindo o fundo de repositórios, visando evitar ou minimizar a migração, para o subsolo, de baixos níveis de radioatividade oriunda do urânio, tório e descendentes de meia vida longa como 226Ra, 228Ra e 210Pb, além de poluentes químicos estáveis como Mn, Zn, SO4, F, etc.
A aptidão dos microrganismos para acumular metais e radionuclídeos inclusive, tem merecido maior atenção nos últimos anos. Este interesse é explicado pela maior dificuldade de se eliminar os radionuclídeos ultradiluídos nos efluentes radioativos pelas técnicas tradicionais de purificação, tais como sedimentação, troca iônica, etc. Um dos problemas é a concentração baixa dos radionuclídeos para esses processos, uma vez que nas etapas finais do tratamento seus teores são normalmente diversas ordens de grandeza menores do que os outros contaminantes tais como, por exemplo, metais pesados e outras espécies estáveis. Uma outra particularidade do tratamento de efluentes ou águas residuárias radioativas está no requisito da redução do volume dos materiais sorventes já usados, isto é, para a minimização da massa e volume dos rejeitos radioativos para tratamento final, acondicionamento e disposição. Conseqüentemente, em paralelo com os melhoramentos das tecnologias tradicionais, esforços estão sendo feitos para se desenvolver técnicas alternativas ou suplementarias para a remoção de radionuclídeos em solução.
Este Projeto de Pesquisa vem sendo financiado pela Agência Internacional de Energia Atômica - AIEA e pela Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais - FAPEMIG.
No estudo de avaliação da distribuição dos radionuclídeos de meia vida-longa das séries naturais do urânio (238U, 234U, 230Th, 226Ra, 210Pb) e do tório (232Th, 228Ra, 228Th) nos produtos e rejeitos gerados no processamento hidrometalúrgico da rocha fosfática de Itataia, verificou-se que os radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb concentram-se no fosfogesso, 238U e 234U ficam contidos no concentrado de diuranato de amônio, enquanto 228Th, 230Th e 232Th permanecem no ácido fosfórico. A concentração de ThO2 obtida no ácido de Itataia é, em média, 46 vezes maior do que nos ácidos fosfóricos disponíveis no mercado nacional.
A redução de tório no ácido fosfórico é desejável devido à sua utilização para fabricação de fertilizantes sólidos e em outras aplicações. Os fertilizantes quando aplicados no solo podem provocar contaminação de águas superficiais e subterrâneas, além de causar aumento de exposição ao público e trabalhadores devido à inalação de poeiras geradas na sua fabricação, na sua aplicação no solo ou por ressuspensão causada por transportes eólicos.
O objetivo deste estudo é desenvolver um processo de remoção de tório contido no ácido fosfórico, utilizando a técnica de extração por solventes, de forma a obter parâmetros que no futuro possam auxiliar o processo regulatório de implantação e operação de um complexo industrial em Itataia.
A alta demanda de fertilizantes fosfatados com elevado teor de P2O5 tem levado à produção mundial de grande quantidade de fosfogesso (cerca de 200 milhões de toneladas por ano). A maior parte do fosfogesso produzida é depositada em pilhas. Considerando apenas o estado da Flórida - EUA, já atingiram um estoque de cerca de 1 bilhão de toneladas. No Brasil, a situação não poderia ser diferente. Com uma produção anual média de 5,4 milhões de toneladas, as indústrias nacionais atingiram um estoque contendo acima de 70 milhões de toneladas.
Há um interesse global em encontrar aplicações que envolvam grande quantidade desse material, tais como corretivo para solo e na construção civil. No entanto, existem várias questões ambientais relacionadas com a disposição do fosfogesso e suas utilizações, que ainda não foram resolvidas. Esses problemas decorrem do fato de que o fosfogesso, embora composto principalmente por sulfato de cálcio dihidrato, contém certas impurezas (metais pesados, ânions e radionuclídeos das séries naturais), que podem percolar através da pilha e atingir fontes de água superficiais e subterrâneas. Existe também a exalação de 222Rn, que pode afetar os trabalhadores locais ou pessoas que residem próximo às pilhas.
Visando apontar soluções para os problemas associados ao descarte do fosfogesso no ambiente, vem sendo desenvolvida pesquisa visando investigar a lixiviação de radionuclídeos e elementos tóxicos, simulando em lisímetros, aterros construídos utilizando este material. Os resultados deste estudo servirão de subsídios para futuras avaliações de impacto radiológico ambiental advindo da utilização de fosfogesso como aterro e também em outras aplicações.
Esta pesquisa tem como objetivo desenvolver uma ferramenta computacional que permita compreender os mecanismos que governam a taxa de exalação de 222Rn em aterros construídos utilizando-se fosfogesso. Com essa ferramenta será possível avaliar de modo qualitativo e quantitativo os efeitos desse radionuclídeo sobre o ecossistema local, antes que o referido aterro seja construído.
Para atingir o objetivo o projeto foi separado nas seguintes etapas: (i) elaboração de um modelo físico-matemático paralelamente à elaboração do correspondente programa computacional de simulação para compreender os mecanismos que governam o fenômeno da exalação de 222Rn em aterros construídos com fosfogesso; (ii) desenvolvimento da instrumentação e realização de medições da taxa de exalação de 222Rn em fosfogesso produzido por duas importantes fábricas brasileiras de ácido fosfórico e (iii) validação do modelo através dos resultados fornecidos por soluções analíticas existentes, assim como contra medidas experimentais que serão realizadas.
Esta pesquisa pretende viabilizar a utilização segura do fosfogesso, na construção civil, principalmente em moradias populares. A utilização segura refere-se inclusive aos aspectos de proteção contra as radiações ionizantes, que devem ser tão baixas quanto aquelas aceitadas pela legislação nacional e os padrões internacionais.
Avaliações estão sendo realizadas quanto à concentração de 222Rn no ar (indoor) e à taxa de exposição externa à radiação gama dentro do ambiente construído com os materiais desenvolvidos com fosfogesso.
Foram implementados cultivos de batateiras com plantios em "out doors" e mandioca em casa de vegetação para avaliação da transferência de radionuclídeos das séries naturais nos referidos cultivares. Simultaneamente estão sendo avaliados os fatores de translocação folha-fruto de radionuclídeos artificiais em mandioca em casa de vegetação em ambiente controlado.
Foram concluídos plantios de feijoeiro (Diamante Negro), batateira (Mona Lisa) e milheiro (Cargil 406) para estudos do comportamento destes vegetais quanto a translocação folha-fruto de radionuclídeos artificiais (60Co, 90Sr e 137Cs) nos referidos cultivares.
Atualmente foi iniciado cultivo de mandioca, variedade Vassourinha para estudos da mesma natureza. Neste experimento também serão avaliados os coeficientes de translocação de radionuclídeos das séries naturais.
A finalidade desta pesquisa é avaliar a função dos microrganismos no processo de biolixiviação natural de radionuclídeos em bacias de rejeito e bota-foras de mineradoras contendo sulfetos e radionuclídeos associados, visando fornecer subsídios às ações de gerenciamento ambiental de rejeitos radioativos e descomissionamento de Instalações Nucleares. Neste contexto, vem sendo realizada a monitoração ambiental em 14 pontos de amostragem na INB/UTM - Caldas, sendo determinados os pontos críticos de ocorrência e as flutuações nas populações de microrganismos envolvidos com a biolixiviação de radionuclídeos para o meio ambiente.
A pesquisa objetiva verificar a propriedade em bioadsorver radionuclídeos, de algumas biomassas constituídas por células mortas de levedura, fungo, alga ou microalga. Os radionuclídeos a serem investigados são tanto aqueles advindos do decaimento radioativo da série do urânio natural, mais especificamente o 210Pb e o 226Ra; como aqueles artificiais originados de fissão nuclear do 235U que ocorre nos reatores nucleares, principalmente o 137Cs; todos presentes na forma solúvel e em efluentes aquosos de instalações.
Os sistemas de bioadsorção têm a finalidade precípua de selecionar aqueles microrganismos mais eficientes para tratar rejeitos aquosos radioativos, com atividades baixa ou intermediária, visando cumprir com a devida e a necessária segurança a retenção segregatícia desses radionuclídeos; com reduções concomitantes da massa e do volume desse tipo de rejeito.
O atual programa de proteção radiológica é baseado na hipótese da resposta linear à dose, a partir da qual todos os procedimentos e limites de doses, relacionados às atividades de radioproteção foram estabelecidos. Embora esse programa possa ser considerado muito conservador, ele é eficiente em sua função de proteção radiológica. Entretanto, devido à sua eficiência, faltam estudos acerca dos efeitos biológicos dos baixos níveis de exposição. Considerando a falta de conhecimento neste campo, vem sendo estudada a resposta biológica da exposição a baixos níveis de radiação, por meio de teste botânico de mutagênese utilizando o bioindicador vegetal Tradescantia sp, visando melhorar o entendimento de tais efeitos, bem como monitorar diferentes áreas sob impacto radiológico, nesses níveis de radioatividade baixa ou natural.
Realizou-se exposição dos vasos de Tradescantia sp à fonte de radiação natural, ou seja, Morro do Ferro. Para tanto foi efetuada uma varredura ambiental neste local, visando selecionar os locais de maior taxa de exposição para colocação das plantas. As plantas controle de Tradescantia foram mantidas em casa de vegetação (1,5 mR.min-1). Durante o desenvolvimento desse trabalho, ao todo, foram realizadas 1000 análises a partir de 180 flores coletadas para avaliação de mutagênese.
Ainda estão previstas uma série de experimentos com taxas de exposição diversas, em diferentes pontos do Planalto de Poços de Caldas, as quais serão realizados tanto no verão como no inverno, visando completar a escala de potencial mutagênico representativa da região, frente aos diferentes "background" de radioatividade. Além disso, está previsto um estudo em parceria com a Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo, visando comparar os efeitos mutagênicos de locais com elevado "background" de radioatividade e meio ambientes altamente poluídos, como a cidade de São Paulo.
Iniciou-se o desenvolvimento de metodologias para a realização de estudos radioecológicos em ecossistemas aquáticos que apresentem interface e recebam efluentes tratados da INB/UTM - Caldas. Este tipo de estudo visa avaliar os possíveis impactos radioecológicos provocados por uma instalação nuclear sobre a biota. Nesse contexto foram analisadas 28 amostras de água e de sedimento procedentes de diferentes represas sob influência da INB/UTM - Caldas, totalizando 52 determinações para bactérias heterotróficas por epi-fluorescência, protozoários e bactérias filamentosas.
Uma das maiores preocupações relacionadas com a modelagem do transporte de radionuclídeos em curso d'água é a interação dessas espécies com sedimentos. Os radionuclídeos são fixados em sedimentos muito finos ou na matéria orgânica associada a estes, de onde podem retornar à forma solúvel para serem incorporados por organismos vivos e finalmente pelo homem.
Neste trabalho vem sendo realizada a caracterização radiométrica dos sedimentos do Planalto de Poços de Caldas, uma região com várias anomalias radioativas, drenada por vários cursos d'água, que formam algumas represas onde podem ser observadas atividades de pesca.
Esta pesquisa está sendo desenvolvida em lisímetros e visa simular as condições existentes na bacia de rejeitos e na cava da mina da INB/UTM - Caldas. Foram montados dois lisímetros para cada um dos referidos resíduos sólidos. Estudam-se possibilidades de inibição das reações de oxi-redução que ocorrem e que disponibilizam os radionuclídeos para a fração solúvel e, desse modo, fornecer subsídios às análises de propostas de descomissionamento da bacia de rejeitos e da cava da mina da INB/UTM - Caldas.
Desde 1998 a INB/UTM - Caldas está depositando diuranato de cálcio (DUCA) na cava da mina, procedimento este autorizado pela CNEN.
Visando estudar o comportamento desse material depositado, foi construído um lisímetro, o qual foi preenchido com amostra de DUCA. O acompanhamento das possíveis reações que venham ocorrer com esse material a curto e médio prazos, permitirá modelar matematicamente seu comportamento a longo prazo.
Está em andamento um trabalho de caracterização do bota-fora 4 da INB/UTM - Caldas quanto à exalação de radônio. Este trabalho é importante para fornecer subsídios ao descomissionamento dos bota-foras da instalação.
A metodologia que está sendo utilizada foi desenvolvida no Laboratório de Poços de Caldas e é uma modificação daquela proposta pela U.S.E.P.A. "Radon Flux Measurements on Gardinier and Royster Phosphogypsum Piles near Tampa and Mulberry, Florida". O amostrador desenvolvido apresentou eficiência de coleta 45% maior que o relatado no artigo da E.P.A.
Este trabalho foi iniciado em 2000 e está avançando com validação dos resultados, cujas medidas serão comparadas com as obtidas com detetores contínuos de radônio. As medidas com detetores contínuos serão feitas com a colaboração do Departamento de Geofísica da USP.
Em áreas do Laboratório de Poços de Caldas existem aproximadamente 20 mil toneladas de caldasito depositados a céu aberto, o qual é um minério contendo minerais de zircônio como matriz e minerais de urânio associados.
Uma vez que este minério contém espécies radioativas associadas, é necessário conhecer o comportamento destas em relação ao intemperismo. Para tanto, foi construído um lisímetro contendo esse minério e, pelo acompanhamento da solubilização das espécies radioativas presentes, será possível por meio de modelagem dos dados verificar se existe algum impacto sobre o meio ambiente.
Foram realizadas amostragens, totalizando 1177 determinações de U, Th, 226Ra, 228Ra e 210Pb, cujos resultados estão sendo acumulados em banco de dados e serão avaliados após dois períodos sazonais.
Encontra-se em estágio de aprimoramento um dispositivo para coleta de radônio em exalação. Este projeto foi implementado em decorrência da necessidade de se quantificar a taxa de exalação de 222Rn em depósitos de rejeitos que contém Ra-226, o qual poderá ocasionar aumento significativo na dose na população, devido a exalação do gás. Foi inicialmente confeccionado um dispositivo em polietileno, porém devido à alta permeabilidade deste polímero para o radônio, o material foi alterado para alumínio. Não possui, atualmente similar nacional disponível no mercado e, aqueles disponíveis no mercado internacional apresentam inconvenientes, quer seja de reprodutibilidade do projeto, quer seja de custo elevado do amostrador.
Atualmente estão em fase de execução os experimentos que deverão possibilitar melhor compreensão dos mecanismos de retenção do gás no amostrador, durante amostragens frente às variações de temperatura, pressão e umidade.
O Laboratório de Radioquímica dá suporte aos programas de monitoração ocupacional, ambiental e de inspeções regulatórias. Além disso, dá suporte também aos programas de monitoração de outras unidades da CNEN e atende à prestação de serviços a terceiros. Quando necessário executa programas de pesquisa e desenvolvimento de métodos e procedimentos para análises radioquímicas.
Esse laboratório vem desenvolvendo pesquisas relacionadas à técnicas para a determinação de isótopos de urânio, tório, plutônio e amerício em materiais biológicos, que são necessárias ao controle de dose recebido pelos trabalhadores dos institutos da CNEN.
Estão sendo desenvolvidas também novas metodologias para implantação de métodos similares aos adotados nos laboratórios da AIEA em Seibersdorf. Para isso, pesquisas foram feitas de modo a se verificar a eficiência de reagentes similares disponíveis no mercado nacional. O procedimento já implementado é a determinação de 226Ra por espectrometria alfa utilizando o 133Ba como traçador. Este procedimento permite a determinação do 226Ra em curto intervalo de tempo, uma vez que não é necessário aguardar o equilíbrio radioativo com os filhos deste radionuclídeo.