Isótopos naturais de rádio aplicados aos recursos hídricos

Abstract

O rádio está presente em muitas águas destinadas ao consumo humano, e a crescente necessidade por água potável intensifica a busca por novos recursos hídricos. As águas subterrâneas representam uma alternativa viável para o abastecimento devido à sua abundância, características físico-químicas favoráveis, fornecimento de íons essenciais à saúde, menor custo de captação e, principalmente, pela qualidade frequentemente inadequada das águas superficiais e pelo alto custo associado ao seu tratamento. O Brasil é o quarto maior produtor de água mineral envasada no mundo, com um crescimento anual de 7,6%. A legislação brasileira estabelece normas para a produção de água mineral; contudo, muitas dessas águas subterrâneas contêm isótopos radioativos, exigindo um melhor entendimento sobre a presença de radionuclídeos naturais dissolvidos, especialmente aqueles pertencentes às séries de decaimento do urânio e do tório, como o rádio e o radônio. A introdução de radionuclídeos nos recursos hídricos pode ocorrer por diversas causas, incluindo fatores geogênicos, como a interação da água com materiais portadores desses elementos, rochas, solos, sólidos em suspensão e sedimentos de fundo. Além disso, há fatores antrópicos, como o crescimento de processos tecnológicos, a mineração e o processamento de minerais radioativos, bem como o uso de fertilizantes fosfatados. Diante desse cenário, a Organização Mundial da Saúde recomenda o monitoramento de diversos radionuclídeos para garantir a qualidade da água destinada ao consumo humano. Além das implicações para a saúde, os isótopos naturais de rádio possuem grande relevância científica, sendo amplamente utilizados como traçadores naturais para investigar mecanismos de transferência de constituintes em processos de interação água-solo/rocha e transporte de elementos dissolvidos em aquíferos. Nos diferentes compartimentos ambientais, os isótopos de rádio podem ser separados geoquimicamente devido às suas distintas meias-vidas, sendo transferidos para a água subterrânea por diversos processos, como decaimento de radionuclídeos precursores, adsorção na superfície do aquífero, dissolução de sólidos, troca iônica e lixiviação. Neste trabalho, foi desenvolvida uma metodologia eficiente para detectar a presença desses isótopos em águas subterrâneas, considerando suas diferentes meias-vidas. A metodologia proposta foi aplicada a amostras de águas subterrâneas com distintas características geoquímicas, oriundas de diferentes sistemas aquíferos. O método baseia-se na espectrometria gama de alta resolução, utilizando um detector HPGe instalado no Laboratório de Radiações Ionizantes (LARIN) do UNESPetro – Centro de Ciências Naturais Aplicadas, IGCE-UNESP, campus de Rio Claro. O sistema espectrométrico foi devidamente calibrado em energia, concentração e atividade, permitindo a análise precisa da presença de radionuclídeos em águas subterrâneas, e os resultados foram comparados com valores estabelecidos pela legislação vigente.

Radium is present in many waters intended for human consumption, and the growing demand for potable water intensifies the search for new water resources. Groundwater represents a viable alternative for supply due to its abundance, favorable physicochemical characteristics, provision of essential ions for human health, lower capture cost, and, primarily, due to the often inadequate quality of surface waters and the high cost associated with their treatment. Brazil is the fourth largest producer of bottled mineral water in the world, with an annual growth rate of 7.6%. Brazilian legislation sets standards for mineral water production, however, many of these groundwater sources contain radioactive isotopes, necessitating a better understanding of the presence of dissolved natural radionuclides, particularly those from the uranium and thorium decay series, such as radium and radon. The introduction of radionuclides into water resources can occur due to various causes, including geogenic factors such as water interaction with materials carrying these elements, such as rocks, soils, suspended solids, and bottom sediments. Additionally, anthropogenic factors such as the growth of technological processes, mining, and processing of radioactive minerals, as well as the use of phosphate fertilizers, contribute. In this context, the World Health Organization recommends monitoring several radionuclides to ensure the quality of drinking water. Apart from health implications, natural radioisotopes of radium hold great scientific relevance, being widely used as natural tracers to investigate mechanisms of constituent transfer in water-soil/rock interactions and dissolved element transport in aquifers.In different environmental compartments, radium isotopes can be separated by their distinct half-lives and are transferred to groundwater through processes such as precursor radionuclide decay, adsorption on the aquifer surface, dissolution of solids, ion exchange, and leaching. In this work, an efficient methodology was developed to detect the presence of these isotopes in groundwater, taking into account their distinct half-lives. The proposed methodology was applied to groundwater samples with different geochemical characteristics from various aquifer systems. The method is based on high-resolution gamma spectrometry using an HPGe detector installed at the Laboratory of Ionizing Radiation (LARIN) of UNESPetro – Center for Applied Natural Sciences, IGCE-UNESP, Rio Claro campus. The spectrometric system was properly calibrated in energy, concentration, and activity, allowing precise analysis of radionuclide presence in groundwater and the comparison of results with values established by the current legislation.