Aplicação de geopolímeros como blindagem para radiação ionizante - Heloisa Helena de Castilho Pereira (2013)
Os polímeros inorgânicos conhecidos como geopolímeros são aluminossilicatos que têm excelentes propriedades físicas e químicas para uma vasta gama de aplicações, incluindo os elementos estruturais e não estruturais, materiais para conter e imobilizar resíduos tóxicos, perigosos e radioativos, cerâmicos refratários anti-chama e resistentes para construção civil, aeronaves e indústria de energia nuclear. Como material estrutural, quando utilizado em um ambiente com radiação ionizante, pode também servir como blindagem a essa radiação. Neste caso, a adição de substâncias com propriedades de absorção de certos tipos de radiação pode melhorar o desempenho do geopolímero como material de blindagem à radiação ionizante, tais como: substâncias de número atômico elevado que promovem a absorção fotoelétrica ou elementos com uma elevada seção de choque de captura de nêutrons térmicos. Nesta dissertação o geopolímero G20 puro (proporção Si:Al de 20:1) e com aditivo de cloreto de cádmio e cloreto de bário na proporção de 10 % em massa tem as suas propriedades de blindagem à radiação ionizante de origem cósmica avaliada, visando a sua aplicação como blindagem a esta radiação no espaço e na atmosfera terrestre. Considerando o alto custo e as dificuldades para a obtenção de fontes de radiação com a composição e a energia da RC existente no espaço e na atmosfera da Terra em altitudes voos de aeronaves de alto teto operacional, a metodologia utilizada na avaliação deste material como blindagem foi a realização de experimentos de irradiação com fontes radioativas convencionais, sob condições controladas e em geometrias simples cujos resultados são previstos teoricamente e, em seguida, a simulação computacional para fluxos isotrópicos de partículas de alta energia da radiação cósmica no espaço e na atmosfera. Assim, experimentos de transmissão em geometria de feixe estreito colimado foram realizadas com uma fonte radioativa de nêutrons composta de 241Am-Be e um conjunto de fontes convencionais de radiação gama, a fim de certificar a descrição microscópica da blindagem de geopolímero puro e aditivado a ser utilizada nas simulações computacionais (materiais e seções de choque) e sua eficácia como blindagem (coeficientes de transmissão). Com base nesta descrição da blindagem, simulações de Monte Carlo foram realizados avaliando em particular a radiação secundária produzida por lâminas de geopolímero (puro e com 10 % em peso de CdCl2 ou BaCl2) submetidos à fluência de um espectro típico de radiação cósmica aprisionada incidente em um satélite de baixa órbita (LEO) e o espectro de partículas típico na atmosfera a 10 km de altitude. O efeito principal da adição de BaCl2, no material de base geopolimérico é a remoção mais eficaz de radiação gama e de elétrons secundários com energias abaixo de 200 keV. O efeito principal da adição de CdCl2 no material de base geopolímero é o mesmo para o primeiro aditivo e, ainda, acrescido da redução da transmissão de nêutrons térmicos. No entanto, para a redução da dose devido à radiação cósmica primária, estes efeitos não foram significativos, uma vez que a maior contribuição para a dose da RC é devida a partículas ionizantes de alta energia transmitidas e, também, devido à radiação secundária com energia acima de 1 MeV produzida no material de blindagem. Portanto, para a blindagem da RC no espaço, independentemente dos aditivos, o geopolímero têm o comportamento similar ao do alumínio, sem grandes vantagens sobre este material de referência. O mesmo se aplica ao uso aeronáutico, exceto a remoção de nêutrons térmicos, quando da adição de cádmio.