Modelos Fenomenológicos de Distribuição Intercompartimental de Substâncias Radioactivas

• Type: Thesis
• Date: 2007

Authors

Maria de Lurdes Proença de Amorim Dinis (Author) FEUP; António Fiúza (Technical adviser) FEUP

Scientific classification

FOS: Natural sciences

CORDIS: Physical sciences > Chemistry ; Physical sciences ; Natural sciences > Environmental science ; Physical sciences > Mathematics

Associated Institutions

FEUP - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

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Resumo (PT): Os elevados volumes de minério e de soluções manipuladas nas operações de exploração e de tratamento de minérios radioactivos geram débitos enormes de subprodutos não utilizáveis, resíduos sólidos, efluentes líquidos e/ou gasosos e que foram durante muitos anos depositados a céu aberto. O vento, a água e os processos biológicos tendem a provocar a dispersão destes materiais no ambiente, intervindo na sua libertação e no seu transporte através da atmosfera, dos sistemas aquáticos superficiais ou através do subsolo, originando uma contaminação de novos subcompartimentos ambientais. Pretendeu-se aplicar modelos matemáticos com fundamentação fenomenológica à libertação, à dispersão e à transferência intercompartimental de substâncias radioactivas de baixo nível de radiação. Desenvolveram-se e adaptaram-se modelos multicompartimentais com o objectivo de estimar a concentração da actividade em pontos de exposição predefinidos privilegiados inseridos em cada compartimento. Talvez o problema mais complexo relativo às implicações ambientais da existência de radionuclídeos nas vizinhanças das explorações mineiras de minérios radioactivos seja a complexidade intrínseca dos processos de transporte e as vias insinuosas como os materiais tóxicos podem penetrar nos sistemas biológicos. O transporte dos radionuclídeos nos ecossistemas, característicos dos sistemas onde houve produção de minérios uraníferos, não foi ainda suficientemente investigado e documentado. O nosso trabalho de investigação incide essencialmente sobre a construção de modelos referentes aos mecanismos de libertação, ao transporte dos radionuclídeos, à sua transferência intercompartimental e ao seu destino, construindo as bases para uma avaliação da exposição a que ficam submetidos componentes seleccionados do ecossistema local. Para validar os modelos construídos recorreu-se, sempre que possível, à informação que nos foi disponibilizada relativa às áreas envolventes das zonas de armazenamento de resíduos da mina da Urgeiriça. Procedeu-se a uma análise sistemática de forma a considerar a análise integrada dos seguintes aspectos: Fontes (escombreiras, armazenamento de resíduos de tratamento com e sem cobertura,...); Mecanismos de libertação (por exemplo: lixiviação, decaimento com produção de radionuclídeos gasosos,...); Mecanismos de transporte ou vectores dispersivos (ar e água); Mecanismo de transferência entre os compartimentos ambientais (sorção, absorção, partilha,...); Determinação das concentrações em cada compartimento ambiental utilizando modelos de dispersão, sempre que possível com variação espacial; Consideração de locais expostos privilegiados (poços, biota, água de regadio, áreas habitadas, …); Consideração de meios receptores (flora, níveis tróficos seleccionados da cadeia alimentar, residentes consumidores de água, população,...). As principais trajectórias de contaminação foram identificadas de forma a determinar a melhor abordagem relativamente aos modelos a desenvolver. Foram ainda identificados os radionuclídeos de maior relevância em cada compartimento com base nas suas propriedades químicas, físicas e radiológicas. Foi também incorporado um modelo de transferência dos radionuclídeos na cadeia alimentar tendo-se incluído, numa versão mais completa do modelo conceptual, a distribuição dos radionuclídeos no interior do organismo para um nível trófico relevante (animais de pasto) através da adaptação dos modelos biocinéticos existentes na bibliografia. Para cada um dos modelos foi feita pelo menos uma exploração. Os parâmetros necessários foram adoptados de diferentes fontes: alguns foram adoptados de medições referentes ao local contaminado em particular, a barragem de estéreis da Urgeiriça; outros foram adoptados de dados publicados na bibliografia. Os parâmetros para os quais não foi possível obter valores de medições locais foram estimados a partir dos dados disponíveis.

Abstract (EN): The large volumes of ore and solutions manipulated in the extraction and processing operations of radioactive ores generate huge rates of useless by-products, solid wastes, liquids and or gaseous effluents which have been disposed in open air areas for many years. Wind, rainfall and biological processes tend to provoke the dispersion of these materials in the environment interfering in their release and transport processes through the atmosphere, superficial aquatic systems or through subsoil leading to the contamination of new environmental sub-compartments. It was intended to apply mathematical models with phenomenological basis to the release, the dispersion and the intercompartimental transfer of low level radioactive substances. Multicompartment models were developed and adapted with the purpose to predict the activity concentration in predefined exposition points located in each one of the compartments. The most complex problem referring to the environmental consequences of the existence of radioactive contaminations in the vicinity of the radioactive ore mining explorations is probably the intrinsic complexity of the transport processes and the tortuous means by the toxic materials can penetrate into the biological systems. The radionuclides transport in the ecosystems, characteristics of the systems where there was former uranium ore production, still has not been sufficiently investigated and documented. Our research works ensue essentially in the development of models concerning to the release mechanisms, to the radionuclides transport, its intercompartimental transfer and fate, consolidating the bases to an exposure assessment to which may be exposed the selected components from the local ecosystem. To validate the developed models it was used, whenever it was possible, the obtained information referring to the surrounding areas of the Urgeiriça mine wastes disposal. A systematic analysis was performed in order to consider the integrated analysis of the following points: Sources (tailings piles, ore processing wastes disposal with and without cover system,...); Release mechanisms (for instance: leaching, decay with gaseous radioactive products,…); Transport mechanisms or dispersive vectors (air and water); Transfer mechanisms between the environmental compartments (sorption, absorption, partition,…); Concentrations estimative in each environmental compartment using dispersion models with spatial variation, whenever it is possible; Consideration of privileged exposure points (wells, biota, irrigation water, inhabited areas,…); Consideration of the exposed receptors (flora, selected trophic levels from the food chain, resident’s consumers of contaminated water, population,…). The important routes of contamination have been identified as a basis for determining the modelling approach. The radionuclides of major concern were also identified in each one of the compartments based on their chemical, physical and radiological properties. It was also incorporated a radionuclide transfer model through the food chain having been included in a more complete version of the conceptual model, the radionuclides distribution within an organism for a relevant trophic level (pasture animals) adapted from the biokinetic models present in the specialized literature. For each sub-model at least one simulation was done. The necessary parameters were adopted from different sources: some parameters were adopted from measurements referring to the particular contaminated site, the Urgeiriça uranium tailings piles; others were adopted from published data. The unknown parameters were estimated from available data or from literature references in cases where on-site data were not available.

Language: Portuguese

Type (Professor's evaluation): Scientific

No. of pages: 803