Método Radiométrico

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Método Radiométrico
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Método Radiométrico
Introdução
RADIOATIVIDADE: Desintegração dos núcleos dos átomos
Descoberta da radioatividade: Bequerel (1896)
Aplicação na prospecção: final dos anos 30 com declínio a partir de 1957 e novo período de ascensão no início dos anos 70
Elementos radioativos importantes para prospecção K, Th e U
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Fundamentos do Método
Estrutura do Átomo
O átomo é constituído de núcleo central envolvido por uma nuvem de ELÉTRONS
O núcleo do átomo contém diversas partículas elementares, dentre as quais destacam-se PRÓTONS EOS NÊUTRONS
Em volta do núcleo deslocam-se os elétrons, segundo níveis de energia bem definidos
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A radioatividade é uma propriedade associada ao núcleo dos átomos
Quando comparadas às massas do próton e do nêutron, as massas das outrs partículas do átomo podem ser consideradas despresíveis: A massa de um átomo = massa dos prótons + massa dos nêutrons = nº massa do átomo (A)
O nº de prótons é igual ao nº de elétrons em um átomo
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Uma alteração no nº de elétrons do átomo causa um desequilíbrio elétrico  Formação de um íon do mesmo átomo
Uma alteração no nº de prótons do átomo de um elemento causa uma mudança tal que o elemento passa a ter um comportamento químico diferente  Formação de um novo elemento
Os elementos químicos são caracterizados pelo seu nº de prótons = nº de elétrons = nº atômico (Z)
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Alguns átomos têm mesmo nº atômico e nº de massa diferente  Esses são denominados ISÓTOPOS.
Isótopos têm características químicas idênticas (pois possuem mesmo Z) e características nucleares diferentes. Uma dessas características é a desintegração espontânea, conhecida por radioatividade natural.
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Representação de um elemento químico
zXA	
X = Símbolo do elemento
Z = Número atômico
A = Número de massa
 
Ex: 92U235, 92U 238, 19 K40, 1H1, 1H2
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RADIOATIVIDADE
A maioria dos núcleos dos isótopos é estável (as forças nucleares mantêm as partículas nucleares agregados dentro do núcleo)
Em alguns núcleos a razão nº de nêutrons / nº prótons é tal que as forças nucleares não conseguem manter as partículas agregados. Esses núcleos passam a emitir partículas e radiação eletromagnéticas, numa tentativa de se estabilizar. Este é o fenômeno da desintegração radioativa ou radioatividade.
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Regras Gerais:
 Para Z ≤ 20, os núcleos são estáveis quando nº de nêutrons / nº de prótons ≈ 1
Para 20 < Z< 80, a estabilidade é alcançada com nº de nêutrons / nº de prótons ≈ 1,5
Para Z > 84  instabilidade
Núcleos com nº par de prótons e nº par de nêutrons são mais estáveis do que aqueles com nº impar de prótons e nº impar de nêutrons.
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 A estabilidade dos núcleos pode ser alcançada através dos seguintes PROCESSOS:
Emissão de partículas α
Transformação de nêutron em próton
Transformação de próton em nêutron
Captura de elétron orbital
Fissão nuclear
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Radioatividade das Rochas e Minerais
 Dos elementos radioativos importantes para a prospecção, o mais abundante nas rochas é o K
Concentração média de U, Th, e K nas rochas
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U (ppm)
Th(ppm)
K (%)
Th/ U
Ácidas
(granito,granodiorito)
3,5
18
3,3
5,1
Intermediárias
(diorito,andesito)
1,8
7
2,3
4
Básicas (gabro, basalto)
0,5
3
0,8
6
Ultrabásicas(dunito,peridotito)
0,003
0,005
0,03
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 Em intrusões geneticamente relacionadas, as rochas mais novas são mais radioativas por serem mais ácidas (resultado da diferenciação magmática)
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U (ppm)
Th(ppm)
Th/ U
1ª fase intrusiva
(gabrodiorito,dioritosequartzo-diorito)
1,3
13,1
10
2ª fase intrusiva
(granodioritos, granitos)
3,4
28,7
8,4
3ª fase
(leuco-granitos)
6,1
30,8
4,5
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Rochas sedimentares
 Na primeira fase de formação das rochas sedimentares, as rochas têm os minerais desagregados
O Urânio devido a sua elevada solubilidade, é facilmente incorporado às águas e disperso na bacia de sedimentação
 Se a desagregação não foi suficiente para libertar o Urânio, ele é carregado com outros fragmentos da rocha, podendo concentrar-se nos sedimentos.
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 O Tório, devido sua baixa solubilidade, tem pouca mobilidade e pode penetrar na estrutura de outros minerais (zircão, apatita) ou ser carregado na forma de colóide, acumulando-se em zonas de sedimentação profunda e de baixa energia, enriquecendo os sedimentos argilosos. 
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Concentração de U, Th, K nas rochas sedimentares:
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U (ppm)
Th(ppm)
K (%)
Th/U
Argila e folhelho
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11
3,2
2,8
Arenito
3
10
1,2
3,3
Calcário
1,4
1,8
0,3
1,3
Evaporitos
(halita,anidrita)
0,1
0,4
0,1
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Rochas Metamórficas
 Radioatividade das rochas metamórficas depende da radioatividade da rocha original
Metamorfismo pouco afeta as características radioativas de uma rocha
Minerais radioativos:
 Os elementos U e Th podem combinar-se com outros elementos e formar minerais próprios ou podem penetrar na rede cristalina de outros minerais e ali se alojarem na forma de impurezas.
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Principais minerais de Urânio:
Uraninita  UO2
 Ocorrência: Pegmatitos, granitos, arenitos, conglomerados.
Associação: Depósitos auríferos, depósitos de sulfetos de Cu, Pb
 Carnotita  K2O(UO2)2(VO4)2 – n H2O
Ocorrência: Arenito
 Torbernita  Cu2(UO2)(PO4)2 – n H2O
 Ocorrência: zonas de oxidação ricas em cobre
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 Em volta de 90% do Urânio provém de arenitos e conglomerados.
Ex: Witwatersrand (África do Sul)
Elliot Lake – Blind River (Canadá)
Conglomerados da serra de Jacobina (Brasil)
Carajás (Brasil)
 Principais Minerais de Tório
Monazita  (Ce, La, Y, Th) PO4
Ocorrência: pegmatitos, rutilo, zircão, gnaisses
Associação: ilmenita, rutilo, zierão, magnetita , cassiterita
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 Torianita  (Th, U) O2
Ocorrência: pegmatitos, granitos, gnaisses
 Torita  ThSiO4
Ocorrência: pegmatitos, granitos, gnaisses
 Maiores produtores: Brasil (Rio de Janeiro, Vitória, Sul da Bahia), Índia e EUA.
Principais minerais de potássio;
Silvita  KCl
Ocorrência: ambiente sedimentar restrito em associação com depósitos de NaCl
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 Carnalita  MgCl2(KCl) 6H2O
Ocorrência: Mesmo da silvita. É um dos últimos sais a precipitar  encontra-se no topo dos depósitos
 Feldspatos alcalinos  K Al Si3 O8 (sanidina, ortoclásio, microlina ...) 
 Ocorrência : Rochas ácidas
Moscovita  K Al2 (AlSi3O10) – (OH)8
Ocorrência: Rochas ácidas
Alunita  K2Al6(OH)12SO4
Ocorrência: Alteração de rochas vulcânicas ácidas
Associação; caolinita
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 Potássio provém quase que exclusivamente dos depósitos salinos.
Ex: Stassfurt (Alemanha)
Texas (EUA)
New México (EUA)
Sergipe (Brasil)
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INSTRUMENTAL
 As emissões α, β, γ podem ser detectadas a partir da observação dos seguintes fenômenos provocados pela interação com a matéria:
Formação de cargas livres em gases e sólidos (ionização)
Excitação de átomos com emissão de luz (cintilação)
Tipos principais de detectores
Contador Geiger-Müeller
Câmara de Ionização
Cintilômetro
Espectro de Raios γ
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Técnicas de Levantamento
Medidas radiométricas podem ser feitas no ar, em terra e em poços perfurados
Reconhecimento  Levantamentos aéreos e terrestres ( a pé ou com veículos)
Detalhe  Levantamentos terrestres a pé
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Aplicações
 Prospecção Mineral;
Prospecção direta de Urânio  A prospecção desse elemento é responsável pelos avanços e importância do método radiométrico.
Minerais de lítio, berílio, césio, tântalo , nióbio e terras raras (cério, lantânio, etc.) podem ser prospectados indiretamente por possuírem na sua estrutura cristalina quantidades variáveis de U e Th.
Prospecção de minerais que produzem fertilizantes  fosfatos, sais de potássio
Prospecção
de cassiterita primária
 Ocorre em granitos
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Prospecção de petróleo
 Medidas radiomêtricas têm demonstrado que numa grande parte dos depósitos de óleo e gás a intensidade da radiação γ decresce de 20% a 30% em relação à radiação da área adjacente. Observa-se ainda que na imediata periferia do depósito a atividade da radiação aumenta de 10% a 15%.
Alguns depósitos de óleo e gás têm no entanto mostrado um aumento de radiação da ordem de 10% a 30%. Este aumento de radiação parece estar associado com estruturas geológicas (falhas, fraturas) que permitem a percolação de águas radioativas
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 A baixa radioatividade sobre o depósito pode ser devido a zona co óleo e gás impedir a migração de elementos radioativos até as camadas mais superficiais (migração de águas radioativias), empurrando-os para a periferia do depósito e produzindo ai um acúmulo
Medidas em poços (Perfilagem)
Radioatividade natural  separação de zonas argilosas e arenosas
Radioatividade induzida  determinação de densidade e porosidade das rochas
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