Distribuição Espacial de 222Rn em Ambientes Tubulares: Uma Perspectiva Teórica Aplicada a Minas e Cavernas

Abstract

Em ambientes confinados onde há emanação de radônio das paredes, como é o caso de minas e cavernas, a distribuição do gá radônio pode ser descrita por modelos que levam em conta processos de transporte. Neste contexto, apresentamos nesta tese soluções estacionárias da equação de difusão-advecção e reação para geometrias tubulares, equação que resulta da Física das Radiações e da Mecânica dos Fluidos. Até o momento, a literatura tem apresentado modelos que desprezam a difusão e não descrevem o caso de cavidades com mais de uma abertura de forma quantitativa e coerente. Diante destas questões, propomos discutir os limites em que se pode desprezar o fenômeno de difusão. Nesta tese, concluimos que só podemos desprezar a difusão quando a velocidade do vento está acima de um certo valor positivo. Além disso, vamos apresentar um novo modelo, proposto para o caso do tubo com duas ou mais aberturas, através da inclusão de um termo explícito de diferençaa entre a temperatura interna e externa, quando há o efeito chaminé para a circulação do ar. Desta maneira, nós podemos identificar, matematicamente, a presença de fissuras e rachaduras não observáveis por inspeção visual em lugares como minas e cavernas. Como estudo de caso, aplicamos a teoria às medidas presentes na literatura, dos níveis de 222Rn em duas minas inativas de minérios da província de San Luis, Argentina: a mina de ouro La Carolina e a mina de tungstênio Los Cóndores. Os modelos reproduziram os padrões sazonais dos dados de concentração de radônio das minas e confirmaram o uso do gás nobre radioativo como traficador geológico de aberturas desconhecidas em ambientes subterrâneos. Durante o verão, a distribuição de 222Rn no interior da mina La Carolina pode ser descrita como um gás radioativo confinado em um tubo com apenas uma entrada, seção transversal e velocidade do ar constantes. A descrição matemática mais apropriada é o modelo de difusão e advecção. No inverno, a distribuição de 222Rn revela a presença de uma fissura nas paredes da mina a 125 m da entrada. Este efeito foi observado graças à diferença de temperatura existente entre os lados interno e externo da mina , que passa de 1oC para 10oC entre as estações de verão e inverno, respectivamente. A distribuição de 222Rn no interior de Los Cóndores pode ser descrita por um modelo de gás radioativo confinado em um cavidade tubular com duas aberturas principais e uma abertura secundária desconhecida. Tanto no inverno de La Carolina quanto em ambas as estações em Los Cóndores, apenas o modelo com inclusão da temperatura se mostrou coerente com os dados experimentais.