Desenvolvimento de compósito com matriz polimérica de resina epóxi, reforçado com fibra de carbono e dispersão de nanopartículas de trióxido de bismuto (Bi2O3), para atenuação da radiação

Abstract

A emissão de radiação ionizante, tal como raios X, radiação gama, dentre outras, está presente no dia a dia do atendimento à saúde ou na indústria e pode afetar a saúde do trabalhador desde que não se tome medidas protetivas com a utilização de barreiras com placa de chumbo. O objetivo do presente estudo é o desenvolver um compósito de fibra de carbono/epóxi e dispersão de trióxido de bismuto (Bi2O3) na matriz polimérica para aplicação como barreira de fótons de baixa energia. A metodologia de pesquisa quantitativa é utilizada no desenvolvimento do trabalho. O trióxido de bismuto foi caracterizado por meio dos ensaios de difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e DLS. A atenuação da radiação dos fótons de baixa energia (25 a 125 keV) foi simulada com o software Topas MC (versão 3.7). As frações mássicas de bismuto (III) utilizadas no compósito foram de 0,100; 0,193; 0,300 e 0,400 (em partículas de escala micro), e de 0,080 e 0,060 (em partículas na escala nano). Para a simulação, a fração em massa de 0,40 de trióxido de bismuto num compósito com espessura de 2,29 mm, em que ocorreu uma atenuação de 89,03% na energia dos fótons, enquanto que para uma atenuação similar foi necessária uma placa de chumbo com uma espessura de 0,34 mm, o que sugere que o compósito teria grande possibilidade de uso no lugar da placa de chumbo. Para a concentração de 30% trióxido de bismuto no compósito, o coeficiente de atenuação em massa representa aproximadamente 36,7% em relação à tal grandeza para o chumbo para a energia de 48 keV, sendo que para as energias de 65, 82 e 119 keV tal relação é de aproximadamente 43,1; 64,8 e 77,6% respectivamente. Ou seja, o compósito objeto de estudo deste trabalho é uma excelente alternativa em relação ao chumbo, material costumeiramente utilizado como barreira à radiação de fótons, principalmente para energias menores que 118 keV de tais, pois o compósito, além de atenuar a radiação de tais fótons de baixa energia, apresenta facilidade em sua produção e um menor impacto ambiental quando comparado ao chumbo. Vantagens adicionais estariam associadas a um peso específico reduzido, custo inferior e facilidade de fabricação. Assim, concluindo, um laminado de compósito de epóxi reforçado com fibra de carbono e com dispersão de trióxido de bismuto é uma excelente opção para barreira a radiação de fótons de baixa energia, quando comparado com placas de chumbo. O laminado, em função de sua densidade menor em comparação ao chumbo, tornaria os EPIs (equipamentos de proteção individual) radiológicos mais ergonômicos, além de não ser carcinogênico e não causar toxicidade à reprodução, ambas vantagens em relação ao chumbo. As aplicações na indústria aeroespacial também parecem promissora.