Radiprotecaço radiografia computadorizada

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  1. 1. PROCEDIMENTOS DE PROTEO RADIOLGICA EM APLICAES INDUSTRIAIS DA RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA Josilto Oliveira de Aquino Orientador: Ricardo Tadeu Lopes Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Ps-graduao em Engenharia Nuclear, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios a obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Nuclear. Orientador: Ricardo Tadeu Lopes Rio de Janeiro Maro de 2009
  2. 2. Aquino, Josilto Oliveira de Procedimentos de Proteo Radiolgica em Aplicaes Industriais da Radiografia computadorizada / Josilto Oliveira de Aquino. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009. XII, 69 p.: il.; 29; 7cm. Orientador: Ricardo Tadeu Lopes Tese (doutorado) - UFRJ/COPPE/Programa de Engenharia Nuclear, 2009. Referncias Bibliogrficas: p. 66 - 69. 1. Proteo Radiolgica 2. Aplicaes Industriais 3. Radiografia Computadorizada. I. Lopes, Ricardo Tadeu. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Nuclear. III. Ttulo (srie). iii
  3. 3. A minha me Josefa, minha esposa Eliane e meu filho Joo Pedro iv
  4. 4. AGRADECIMENTOS Comisso Nacional de Energia Nuclear (CNEN), em especial dra. Maria Helena Marchal, pela oportunidade de realizao deste trabalho. Ao Programa de Ps-Graduao da COPPE/UFRJ, pelos conhecimentos tcnico- cientficos ministrados e, em particular, ao dr. Ricardo Tadeu Lopes, orientador da tese, pelo apoio e contribuies relevantes para a realizao deste trabalho. s instituies ARCTEST e TOPCHECK, pela constante colaborao. dra. Adriana T. Ramalho (IRD/CNEN), pela constante e inestimvel colaborao durante as discusses e sugestes para a composio do texto. Aos colegas da Diviso de Aplicaes Industriais DIAPI/CGMI/CNEN, pela compreenso durante o perodo de elaborao da tese. Aos colegas do Servio de Radioproteo em Instalaes Radiativas SERIR/IRD/CNEN Joo Carlos Leocdio e Ronaldo Dvila, pela colaborao e contribuies importantes para o trabalho. Aos profissionais Mrio de Boita, Catalo e Antnio Deoclcio (ARCTEST), e Alexandre Lima (TOPCHECK), pelas discusses, colaborao e contribuies relevantes para o trabalho. minha me, Josefa, que sempre me estimulou a estudar. minha famlia, pelo incentivo e orgulho sempre demonstrado. minha esposa, Eliane, que sempre me estimulou para a realizao do doutorado, e, principalmente, pelo amor, pacincia e tolerncia nesse perodo. Ao meu filho Joo Pedro, que pacientemente dividiu o tempo com este estudo. v
  5. 5. A todos que, direta ou indiretamente, contriburam para o xito deste trabalho. E, principalmente, a DEUS, porque sei que acima de todas as coisas, Ele verdadeiramente fiel. ....Posso todas as coisas naquele que me fortalece. Filipenses 4:13. vi
  6. 6. Resumo da Tese apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Doutor em Cincias (D.Sc.) PROCEDIMENTOS DE PROTEO RADIOLGICA EM APLICAES INDUSTRIAIS DA RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA Josilto Oliveira de Aquino Maro/2009 Orientador: Ricardo Tadeu Lopes Programa: Engenharia Nuclear Devido s caractersticas to especiais da radiografia industrial, tal prtica responsvel por aproximadamente metade de todos os acidentes relacionados com a indstria nuclear, tanto em pases desenvolvidos como nos em desenvolvimento, segundo estatstica de acidentes radiolgicos registrada pela Agncia Internacional de Energia Atmica (AIEA). Por tal motivo, segurana e proteo radiolgica, em radiografia industrial, vm recebendo cada vez mais ateno por parte dos rgos reguladores. O objetivo global do presente trabalho foi avaliar, do ponto de vista da radioproteo, as principais vantagens da radiografia computadorizada (CR) nas aplicaes da radiografia industrial. Para tanto, avaliou-se e comparou-se, atravs de estudos prticos, as tcnicas de radiografia industrial convencional com filme radiogrfico e a computadorizada (CR). Aps a anlise dos estudos realizados, pode-se afirmar que a radiografia computadorizada (CR) reduz significativamente as doses inerentes, refletindo em menor balizamento de reas e custos, com consequente melhoria na radioproteo e na segurana radiolgica. vii
  7. 7. Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) RADIOLOGICAL PROTECTION PROCEDURES FOR INDUSTRIAL APPLICATIONS OF COMPUTED RADIOGRAPHY Josilto Oliveira de Aquino March/2009 Advisor: Ricardo Tadeu Lopes Department: Nuclear Engineering Due to its very particular characteristics, industrial radiography is responsible for roughly half of the relevant accidents in nuclear industry, in developed as well as in developing countries, according to the International Atomic Energy Agency (IAEA). Thus, safety and radiological protection in industrial gamma radiography have been receiving especial treatment by regulatory authorities of most Member States. The main objective of the present work was to evaluate, from the radioprotection point of view, the main advantages of computed radiography (CR) for filmless industrial radiography. In order to accomplish this, both techniques, i.e. conventional and filmless computed radiography (CR) were evaluated and compared through practical studies. After the studies performed at the present work it was concluded that computed radiography (CR) significantly reduces the inherent doses, reflecting in smaller restricted areas and costs, with consequent improvement in radiological protection and safety. viii
  8. 8. SUMRIO Captulo 1 - Introduo ....................................................................................................1 1.1 Objetivos...............................................................................................................2 Captulo 2 - Fundamentao Terica ...............................................................................3 2.1 Ensaios No Destrutivos.......................................................................................3 2.2 Equipamentos Utilizados em Radiografia Industrial............................................3 2.2.1 Fontes Radioativas Para Gamagrafia Industrial .......................................4 2.2.2 Irradiadores Utilizados em Gamagrafia Industrial ...................................5 2.2.3 Filmes Radiogrficos................................................................................6 2.2.4 Tcnicas de Exposio Radiogrfica........................................................6 2.3 Radiografia Computadorizada (CR).....................................................................9 2.4 Aplicaes Industriais da Radiografia Computadorizada ..................................12 2.5 Aferio da Qualidade da Imagem.....................................................................15 2.5.1 IQI ASME e ASTM Tipo Furos.............................................................15 2.5.2 IQI ASTM Tipo Fios..............................................................................16 2.5.3 IQI Conforme a Norma DIN ..................................................................17 2.6 Comparao Entre as Radiografias Convencional e Digital ..............................18 2.6.1 Equipamentos Especficos Radiografia Computadorizada (CR)........18 2.6.2 Preparativos Para as Radiografias ..........................................................19 2.6.2.1 Radiografia Convencional .......................................................19 2.6.2.2 Radiografia Computadorizada (CR).......................................20 2.6.3 Identificaes..........................................................................................21 2.6.4 Processamento dos Filmes......................................................................22 2.6.5 Laudagem de Filmes...............................................................................22 2.6.6 Armazenamento e Guarda de Imagens...................................................23 2.6.7 Impresso de Imagens ............................................................................24 2.6.8 Vantagens Logsticas da Tcnica Digital (CR) ......................................24 ix
  9. 9. 2.7 Proteo radiolgica ...........................................................................................25 2.7.1 Definio ................................................................................................25 2.7.2 Finalidades da Proteo Radiolgica......................................................25 2.7.3 Princpios da Proteo Radiolgica........................................................25 Captulo 3- Materiais e Mtodos ....................................................................................27 3.1 Levantamento de Dados e Elaborao dos Inventrios......................................27 3.1.1 Instalaes de Radiografia Industrial no Pas.........................................28 3.1.2 Radionucldeos Usados em Radiografia Industrial no Pas....................28 3.1.3 Empresas Prestadoras de Servios de Radiografia Digital.....................28 3.2 Estudos na Refinaria Alberto Pasqualini REFAP S/A...................................28 3.2.1 Fontes de Radiao Ionizante Utilizadas na REFAP S/A ....................29 3.2.1.1 Fonte de 75 Se ..........................................................................29 3.2.1.2 Fonte de 192 Ir ..........................................................................30 3.2.1.3 Equipamento de Raios X ........................................................30 3.2.2 Acessrios Convencionais Utilizados pela EMPRESA A.......................31 3.2.2.1 Acessrios para as Radiografias com 75 Se e 192 Ir na REFAP..31 3.2.2.2 Acessrios para as Radiografias com Raios X na REFAP......31 3.2.3 Equipamentos e Sistemas de CR da EMPRESA A .................................32 3.2.4 Dosmetros Termoluminescentes (TLD) ...............................................32 3.2.5 Limites Anuais de Dose .........................................................................35 3.2.6 Radiografias Digitais com a Fonte de 75 Se ............................................36 3.2.7 Radiografias Convencionais com a Fonte de 75 Se .................................37 3.2.8 Clculo do Balizamento de reas para o 75 Se REFAP .......................39 3.2.9 Radiografias Digitais com Raios X ........................................................41 3.2.10 Clculo do Balizamento de reas para os Raios X..............................43 3.2.11 Radiografias Digitais com 192 Ir REFAP...........................................44 3.2.12 Radiografias Convencionais com a Fonte de 192 Ir................................45 3.2.13 Clculo do Balizamento de reas para o 192 Ir REFAP .....................47 3.3 Estudo da Aplicao de 169 Yb em CR Industrial...............................................48 3.3.1 Equipamentos Utilizados na REPLAN...................................................50 3.3.2 Arranjos Experimentais na REPLAN.....................................................50 Captulo 4 - Resultados ..................................................................................................51 x
  10. 10. 4.1 Levantamento de Dados e Elaborao dos Inventrios......................................51 4.1.1 Instalaes de Radiografia Industrial no Pas.........................................51 4.1.2 Radionucldeos Usados em Radiografia Industrial no Pas....................52 4.1.3 Empresas Prestadoras de Servios de Radiografia Digital.....................52 4.2 Estudos na Refinaria Alberto Pasqualini REFAP S/A...................................52 4.2.1 Balizamento de reas para o 75 Se, Tcnica Digital (REFAP) ..............52 4.2.2 Balizamento de reas para o 75 Se, Tcnica Convencional ....................54 4.2.3 Balizamento de reas para Raios X, Tcnicas Digital e Convencional (REFAP) ..............................................................................................................................55 4.2.4 Balizamento de reas para o 192 Ir, Tcnica Digital (REFAP) ..............57 4.2.5 Balizamento de reas para o 192 Ir, Tcnica Convencional ....................59 4.2.6 Resultados dos Experimentos com Dosmetros TLD ...............................60 4.3 Resultados da Aplicao de 169 Yb em CR Industrial .........................................60 Captulo 5 - Concluses e Recomendaes....................................................................63 5.1 Concluses..........................................................................................................63 5.2 Recomendaes ..................................................................................................65 Referncias Bibliogrficas..............................................................................................66 xi
  11. 11. LISTA DE SMBOLOS ALARA As low as reasonably achievable ASME American Society of Mechanichal Engineers ASTM American Society for Testing and Materials ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas CEN European Committee for Standardization CNEN Comisso Nacional de Energia Nuclear CSR Camada semiredutora DIN Deutsche Institute for Normalization END Ensaios No-Destrutivos IAEA Agncia Internacional de Energia Atmica ICRP International Commission on Radiological Protection IOE Indivduo ocupacionalmente exposto IP Imaging plate (placa de imagem com fsforo) IQI Indicador de Qualidade da Imagem IPEN Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares IRD Instituto de Radioproteo e Dosimetria ISO International Organization for Standardization PD-VD Parede dupla vista dupla PD-VS Parede dupla vista simples PSL Luminescncia fotoestimulada CR Radiografia computadorizada REFAP Refinaria Alberto Pasqualini REPLAN Refinaria de Paulnia RIA Responsvel por Instalao Aberta SIR Sistema de Instalaes Radiativas SMTPE Society of Motion Picture and Television Engineers SPR Supervisor de Proteo Radiolgica TLD Dosmetro termoluminescente xii
  12. 12. CAPTULO 1 1 INTRODUO O uso das radiaes ionizantes em medicina, indstria e pesquisa vem se desenvolvendo rapidamente no mundo. Isso ocorre tanto na rea de sade, quando realizado um diagnstico ou um tratamento de alguma patologia, utilizando-se prticas de radiodiagnstico, de medicina nuclear ou de radioterapia, quanto na rea de indstria, quando se objetiva um controle de qualidade de produtos industriais ou tornar um produto mais confivel para consumo, utilizando-se prticas com medidores nucleares, radiografia industrial, perfilagem de poos de petrleo, aceleradores de partculas e irradiadores de grande porte. No Brasil, de acordo com os dados obtidos em levantamento realizado no presente trabalho junto Comisso Nacional de Energia Nuclear CNEN, as aplicaes das radiaes ionizantes na indstria so realizadas em cerca de 1.400 instalaes radiativas, as quais manuseiam aproximadamente 7.000 fontes de radiao, distribudas nas mais diversas aplicaes industriais. Ainda de acordo com o levantamento acima citado, a prtica de radiografia industrial representa 12% do total de instalaes radiativas, sendo tal percentual responsvel pelo uso de cerca de 430 equipamentos geradores de raios X e 300 equipamentos de gamagrafia industrial. As instalaes de radiografia industrial realizam servios em diversas localidades, incluindo recintos blindados bunkers e operaes em campo, em reas urbanas ou em regies remotas e desabitadas do Pas. Atualmente praticamente impossvel pensar-se na atividade industrial sem a radiografia, pois esse tipo de ensaio no destrutivo END assegura a integridade de equipamentos tais como vasos, tubulaes e outras estruturas, sendo considerada de importncia vital na segurana e qualidade, tanto dos produtos quanto do meio ambiente, para trabalhadores e pblico em geral. 1
  13. 13. Devido s caractersticas to especiais da radiografia industrial, tal prtica responsvel por aproximadamente metade de todos os acidentes relacionados com a indstria nuclear, tanto em pases desenvolvidos como nos em desenvolvimento, segundo estatstica de acidentes radiolgicos registrada pela Agncia Internacional de Energia Atmica (IAEA, 1998). Por tal motivo, segurana e proteo radiolgica, em radiografia industrial, vm recebendo cada vez mais ateno por parte dos rgos reguladores dos pases membros das Naes Unidas. Tal assunto foi tratado com nfase em uma publicao da IAEA (1999). A radiografia industrial pode ser realizada atravs de equipamentos geradores de raios X ou de irradiadores de gamagrafia, equipamentos estes que utilizam fontes radioativas de irdio-192, selnio-75, itrbio-169, csio-137 ou cobalto-60. No Brasil, cerca de 88% dos irradiadores de gamagrafia industrial utilizam fontes de 192 Ir, 10% utilizam fontes de 75 Se e apenas 2% utilizam fontes de 60 Co. 1.1 OBJETIVOS O objetivo principal do presente trabalho foi avaliar, do ponto de vista da proteo radiolgica, as principais vantagens da radiografia computadorizada (CR) nas aplicaes da radiografia industrial. Para tanto, avaliou-se e comparou-se as doses inerentes s tcnicas de radiografia industrial computadorizada e convencional com filme radiogrfico, utilizando-se estudos prticos e dosmetros termoluminescentes (TLD) para o registro das doses envolvidas com as respectivas tcnicas. Assim, pretendeu-se contribuir para a melhoria da proteo radiolgica no Pas, dentro da filosofia de segurana recomendada pela IAEA (1996). Para tanto, as seguintes etapas especficas foram estabelecidas: Fazer um levantamento das empresas prestadoras de servios de radiografia industrial (instalaes abertas e fechadas) existentes no Pas e das atividades das fontes radioativas utilizadas em gamagrafia industrial no Pas; Em estudo in loco em uma planta industrial, avaliar as doses inerentes tcnica da radiografia industrial convencional com dosmetro e as doses inerentes tcnica da radiografia industrial computadorizada (CR), comparando-as; Em estudo in loco em outra unidade industrial, avaliar a viabilidade da aplicao de itrbio-169 em radiografia computadorizada (CR). 2
  14. 14. CAPTULO 2 2 FUNDAMENTOS TERICOS 2.1 ENSAIOS NO DESTRUTIVOS Os ensaios no destrutivos END so ensaios realizados em materiais e produtos acabados ou semi-acabados, para verificar a possvel existncia de descontinuidades ou defeitos (PETROBRAS, 2000). Operam atravs de princpios fsicos definidos, sem alterar as caractersticas fsicas, qumicas, mecnicas ou dimensionais dos materiais e produtos, e sem interferir em seu uso posterior. Por no danificarem os itens que esto sendo objeto de inspeo, os END constituem uma das principais ferramentas de controle da qualidade de materiais e produtos. Contribuem para garantir a qualidade, prevenir acidentes, reduzir riscos sade humana e custos finais de fabricao, aumentando a confiabilidade da inspeo. So utilizados na fabricao, montagem, inspeo em servio e manuteno, sendo largamente aplicados em soldas, fundidos, forjados, laminados, plsticos, concretos, entre outros, em vrios setores industriais, tais como petrleo, petroqumico, nuclear, aeroespacial, siderrgico, ferrovirio, naval, eletromecnico, automotivo e de minerao. Para se obter resultados satisfatrios e vlidos, a escolha do mtodo de ensaio apropriado deve ser considerada como questo fundamental. Para a deteco de descontinuidades ou defeitos que se localizem internamente nos materiais e produtos, so utilizados os ensaios de ultrassom e radiografia (raios X e gama). Dentre os END, a radiografia industrial destaca-se como tcnica valiosa na obteno de informaes qualitativas sobre as condies internas dos materiais e qualidade das soldas executadas. 2.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM RADIOGRAFIA INDUSTRIAL Existe no mercado uma grande variedade de equipamentos para utilizao em radiografia industrial. Dentre eles podemos citar os equipamentos de raios X e os equipamentos emissores de raios gama utilizados em gamagrafia industrial. 3
  15. 15. O uso de fontes de raios gama oferece algumas vantagens em relao aos equipamentos emissores de raios X, tais como no necessitar de energia eltrica; possurem pequenas dimenses, o que permite o uso em locais inacessveis aos aparelhos de raios X; e apresentarem baixo custo. 2.2.1 FONTES RADIOATIVAS PARA GAMAGRAFIA INDUSTRIAL Os requisitos mnimos aplicveis s fontes de radiao gama para radiografia industrial esto descritos no padro ISO 2919 (1990), e satisfazem em geral aos requisitos referentes ao material radioativo sob formas especiais (IAEA, 2000). O radioistopo mais utilizado em gamagrafia industrial convencional no Pas o 192 Ir. Em bem menor escala so tambm utilizados outros radioistopos. No Brasil, cerca de 88% dos irradiadores de gamagrafia utilizam fontes de 192 Ir, 10% utilizam fontes de 75 Se e apenas 2% dos irradiadores de gamagrafia utilizam fontes de 60 Co. A escolha do radioistopo a ser utilizado depende das caractersticas do material a ser radiografado, conforme mostra a Tabela 2.1, e depende tambm da tcnica empregada, se convencional ou digital. Tabela 2.1: Radioistopos mais utilizados em gamagrafia industrial (IAEA, 1999a ). Radioistopo Energias (keV) Meia-Vida Faixa adequada de espessura de ao, objeto do ensaio (mm) 60 Co 1.173 e 1.332 5,3 anos 50 - 150 137 Cs 662 30 anos 50 - 100 75 Se 120 - 970 120 dias 4 - 28 192 Ir 200 - 1.400 74 dias 10 - 70 169 Yb 8 - 310 32 dias 2,5 - 15 170 Tm* 7 - 60 128 dias at 5 * Tlio-170, de acordo com GONZALES (2001) e PETTEN et al. (1999). A alta sensibilidade das placas de imagem com fsforo para radiografia digital limitam o uso das fontes radioativas com alta atividade, comumente usadas na radiografia convencional. Paradoxalmente, isso representa maior vantagem do ponto de vista da segurana e da proteo radiolgica, porque leva ao uso de fontes com baixa atividade (SERRA et al., 2005). Na gamagrafia digital, as fontes mais utilizadas so as de 75 Se. 4
  16. 16. 2.2.2 IRRADIADORES UTILIZADOS EM GAMAGRAFIA INDUSTRIAL Os irradiadores de gamagrafia industrial necessitam dos respectivos acessrios: comandos, cabos e mangueiras. A grande maioria dos irradiadores para gamagrafia industrial em uso no Pas so classificados como portteis panormicos. Esta ltima caracterstica refere-se aos irradiadores cuja fonte mecanicamente projetada para fora da blindagem, no momento da exposio (AQUINO, 2003). Na Fig. 2.1 encontram-se ilustrados agrupados pelos quatro fabricantes os modelos de irradiadores de 192 Ir utilizados no Pas, principalmente pelas empresas prestadoras de servios em gamagrafia industrial. Os modelos Sentinel srie 880 podem armazenar tambm fontes de selnio e itrbio, e o modelo Gammamat SE armazena somente fontes de selnio, tambm utilizadas em gamagrafia industrial. FIG. 2.1 - Exemplos dos modelos dos quatro fabricantes de irradiadores portteis panormicos de gamagrafia industrial existentes no Brasil. 5
  17. 17. 2.2.3 FILMES RADIOGRFICOS Os filmes industriais so classificados como do tipo I ou II, segundo a norma E747 da ASTM (2004), ou como do tipo T2 ou T3, segundo a norma ISO 5579 (1998), conforme especificado no Quadro 2.1. Quadro 2.1: Tipos de filmes radiogrficos. Norma ASTM E747 ISO 5579 Fabricante Tipo de filme Caractersticas Kodak M5/T200/MX125 Foma R4/R5 Fuji 50/80 Tipo I Tipo T2 Agfa D4/D5 Baixa velocidade; contraste muito alto; granulao muito fina. Kodak AA400 Foma R7 Fuji 100 Tipo II Tipo T3 Agfa D7 Mdia velocidade; constraste alto; Granulao fina. 2.2.4 TCNICAS DE EXPOSIO RADIOGRFICA As disposies e arranjos geomtricos entre a fonte de radiao, a pea sob inspeo e o filme devem seguir algumas tcnicas, de modo que permitam uma imagem radiogrfica de fcil interpretao e localizao das descontinuidades. A tcnica PS-VS parede simples - vista simples a tcnica radiogrfica em que a radiao atravessa apenas uma das paredes do tubo, proporcionando, para efeito de anlise, a imagem da parede prxima tela. Quanto ao tipo de exposio, pode ocorrer de duas maneiras: Exposio mltipla: aquela em que mais de uma tela exposta por vez fonte de radiao. A exposio panormica um tipo de exposio mltipla. A Figura 2.2 ilustra esta tcnica. Exposio simples: aquela em que apenas uma tela exposta por vez fonte de radiao. A Figura 2.3 ilustra esta tcnica. 6
  18. 18. Exposio Mltipla do tipo Panormica PS-VS-P Tela Tela FIG. 2.2 Exposio mltipla do tipo panormica PS-VS. Exposio Simples PS-VS Tela Tela Tela Tela FIG. 2.3 Exposio simples PS-VS. Na tcnica PD-VS (parede dupla - vista simples) o feixe de radiao atravessa duas paredes da pea, mas projeta no filme somente a seo da pea que est prxima ao filme. Freqentemente essa tcnica utilizada em inspees de juntas soldadas que no possuam acesso interno, tais como tubulaes com dimetro maior que 3 . A Figura 2.4 ilustra esta tcnica. 7
  19. 19. Exposio Simples PD-VS Tela Tela Tela Tela FIG. 2.4 Exposio simples PD-VS bico colado e com distncia. Na tcnica PD-VD (parede dupla - vista dupla) o feixe de radiao tambm atravessa duas espessuras da pea. Porm, projeta no filme as duas imagens da pea, as quais sero objeto de interesse. freqentemente utilizada em inspees de juntas soldadas em tubulaes com dimetro menor que 3 . A Figura 2.5 ilustra ambas as tcnicas. Exposio Simples PD-VD TelaTela FIG. 2.5 Exposio simples PD-VD. 8
  20. 20. 2.3 RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA (CR) Os sistemas de radiografia computadorizada CR consistem na radiografia digital sem a utilizao dos tradicionais filmes radiogrficos, os quais exigem, antes da utilizao, uma preparao com identificaes, e, posteriormente, processamento qumico para a revelao. Denominados filmless radiography em ingls, inicialmente os sistemas de radiografia computadorizada CR desenvolveram-se na rea mdica, h cerca de 20 anos. At o presente momento, entretanto, a CR no foi capaz de substituir inteiramente a radiografia convencional em todas as aplicaes, embora aplicaes adicionais venham tornando-se factveis. A radiografia computadorizada (CR) pode ser realizada atravs de dois mtodos: (a) Tempo real (mtodo direto): Utilizam-se de placas de semicondutores conectadas diretamente a computadores; (b) Tempo prximo (mtodo indireto): Utilizam-se de sensores (placas ou telas) de partculas de compostos de fsforo, as quais so ativadas atravs da radiao ionizante. Tais partculas posteriormente so excitadas por um feixe de laser, emitindo luz, a qual captada em um dispositivo fotomultiplicador leitor de imagem (escner), gerando uma imagem digital que exposta em uma tela de computador. O segundo mtodo mais econmico e prtico do ponto de vista operacional, e vem sendo cada vez mais utilizado nos pases do primeiro mundo com nveis satisfatrios de qualidade, atendendo a critrios tcnicos especficos (EWERT, 2002). Os sistemas CR por tempo prximo utilizam placas de imagem com fsforo foto- estimulvel placas IP (imaging plates) que absorvem grande parcela da energia dos ftons de radiaes ionizantes. Dessa forma, as placas IP so receptores de imagem digital. Uma imagem digital consiste de uma matriz na qual a cada elemento ou pixel (picture element) atribudo um valor numrico que corresponde a uma determinada tonalidade de cinza, do branco ao preto. A escala de cinza determinada em funo do nmero mximo de bits que podem ser armazenados em um pixel: 8 bits resulta 255 tonalidades (28 1); 16 bits, 4.095 tonalidades (212 1). 9
  21. 21. A escala de cinza determina o grau de contraste que pode ser obtido nas imagens. O tamanho da matriz, ou seja, o nmero total de pixels, geralmente depende da aplicao e da capacidade do sistema que forma a imagem. O tamanho de cada pixel de extrema importncia para a qualidade da imagem. Todas as estruturas dentro de uma determinada rea coberta por um pixel so representadas por um nico valor. Assim, quanto menor a rea do pixel e maior o tamanho da matriz, melhor a qualidade da imagem. Os sistemas disponveis de placas de imagem com fsforo (placas IP) bem como os correspondentes escneres a laser para a leitura digital das imagens distinguem diferenas na dose de radiao que equivalem a mais nveis de cinza do que o olho humano capaz de distinguir. Tal ocorre principalmente devido alta sensibilidade da CR, que acarreta menores tempos de exposio, e tambm devido ao processamento e anlise digitais. Esto sendo desenvolvidos padres que definem os limites para as aplicaes da CR, os quais dependem das propriedades da instrumentao utilizada (CEN 2001a ). O procedimento de exposio nos sistemas CR anlogo ao utilizado para os filmes radiogrficos. A placa de imagem com fsforo placa IP acondicionada em um chassi e, aps a exposio, colocada em uma unidade especial de leitura, que um escner a laser, que produz uma imagem digital sem a necessidade de processamentos adicionais, tais como a revelao do filme. No escner a laser, para a converso dos sinais analgicos em digitais, a placa IP varrida por um feixe de raios laser que estimula a emisso de luz. Um tubo fotomultiplicador produz os sinais eletrnicos que, ento, so digitalizados e expostos na tela de um computador. Para processamento da imagem, os sistemas CR so integrados com um sistema de arquivamento e comunicao de imagens. Aps a leitura, a placa IP exposta luz, no escner, para que seja removida toda a energia residual. Aps apagar-se oticamente a imagem virtual, a mesma placa IP pode ser reciclada mais de mil vezes, conforme ilustra a Fig 2.6. 10
  22. 22. Filtro Estao de processamento Sada de dados Escaneamento da placa IP, digitalizao e exluso da imagem residual Chassi Exposio Placa IP Esposio da placa IP O CICLO DA PLACA IP FIG. 2.6 - Ciclo de obteno de imagens digitais na CR. As placas de imagem podem ser expostas, lidas e apagadas diversas vezes (EWERT, 2002). Uma placa de fsforo placa IP consiste de um polmero de suporte flexvel, coberto com uma camada sensvel. A superfcie coberta com uma fina camada protetora transparente. A camada sensvel das placas IP dos sistemas mais comuns de CR consiste de uma mistura de BaFBr dotada com Eu2+ . Ftons de raios X ou gama iniciam transies de eltrons na matriz do cristal. Os eltrons so excitados da banda de valncia para a banda de conduo (EWERT, 2002), na transio de Eu2+ para Eu3+ . Os eltrons da banda condutora so aprisionados em armadilhas em locais vazios da matriz de Br, denominados centros F. Os eltrons iro retornar para a banda de valncia aps a excitao por luz visvel. Esse processo descrito como luminescncia foto-estimulada (PSL), o qual basicamente a capacidade que possuem certos materiais de absorver energia e liberarem-na sob a forma de luz. Os sistemas CR usados produzem PSL na faixa de cerca de 400 nm (azul), sob excitao pela luz na faixa de 600-700 nm (vermelha). 11
  23. 23. As vantagens da tecnologia IP so (EWERT, 2002): alta linearidade; alta faixa dinmica (>105 ); alta sensibilidade; reutilizao de cerca de 1.000 ciclos; ausncia de processo de revelao em cmara escura; e possibilidade de processamento digital da imagem. As desvantagens da tecnologia IP so (EWERT, 2002): resoluo espacial limitada; alta sensibilidade na faixa de baixa energia; e sensibilidade radiao de espalhamento. 2.4 APLICAES INDUSTRIAIS DA RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA H mais de 100 anos que a radiografia industrial baseia-se na utilizao de filmes radiogrficos. No Brasil, no ano de 2000 foram iniciadas pesquisas para a adaptao dos sistemas de CR para a indstria (JOS et al., 2002), buscando inicialmente atender s exigncias de plantas de processo, principalmente refinarias de petrleo e indstrias petroqumicas. Aps o desenvolvimento inicial, a tcnica passou a ser utilizada comercialmente no incio de 2001, em avaliaes de integridade de tubulaes em refinarias e plantas petroqumicas. Devido aos bons resultados tcnicos apresentados com relao deteco de descontinuidades, a radiografia computadorizada (CR) apresenta-se como uma alternativa racional para a inspeo de componentes de tubulaes, principalmente juntas soldadas. As principais aplicaes da CR so a verificao de estados fsicos, tais como corroso, eroso e perdas de espessura (JOS et al., 2002). A Fig. 2.7 mostra a principal vantagem da CR. Ambas as imagens foram produzidas por exposies similares, nas mesmas condies. Apresentam-se diferentes apenas em relao aos ajustes de contraste e brilho. Nenhuma outra forma de processamento da imagem foi aplicada. Essa caracterstica da tcnica CR reduz o nmero de exposies de objetos com elevada diferena de espessura das paredes, e compensa os tempos de exposio erroneamente calculados. O nmero dos chamados testes de exposio tambm pode ser diminudo, e eventualmente suprimido (EWERT, 2002). 12
  24. 24. (a) (b) FIG. 2.7 - Radiografia de um aparelho eltrico (secador-de-cabelos) por CR. Esquerda (a): O histograma mostra o ajuste de contraste e brilho, otimizado para plsticos. Direita (b): O ajuste foi otimizado para metais. As novas possibilidades de aplicaes da CR incorporam o risco de mau uso da tecnologia. Para limitar esse risco e evitar uma queda na probabilidade de deteco das descontinuidades, so necessrios padres com recomendaes especiais. Tais padres vm sendo desenvolvidos em diversos pases. Trabalhos pioneiros foram desenvolvidos nos EUA pela American Society for Testing and Materials (ASTM, 2005a ; 2005b ) e na Europa pelo European Committee for Standardization (CEN 2001a ). O padro mais detalhado e restritivo foi elaborado pelo CEN (2001b ). Ele define uma srie de requisitos mnimos para a aplicao da CR, para torn-la comparvel radiografia convencional com filme, quando esta ltima for realizada correspondendo ao padro da International Organization for Standardization ISO 5579 (1998). A idia principal da publicao do CEN (2001b ) a aplicao de Indicadores de Qualidade da Imagem (IQI, ver Seo 2.5). A padronizao para a qualificao dos sistemas est sob desenvolvimento conjunto pela ASTM e pelo CEN. Os padres objetivam fazer com que a CR seja comparvel radiografia convencional. 13
  25. 25. Uma aplicao tpica da tecnologia CR a inspeo radiogrfica da corroso. A Fig. 2.8 apresenta um exemplo tpico (EWERT, 2002). A tubulao possui isolamento trmico, e este coberto com um envelope de alumnio. A inspeo radiogrfica pode ser realizada sem que o isolamento seja removido. Isso representa uma vantagem considervel em relao aos outros mtodos conhecidos. A inspeo radiogrfica de corroso em tubulao e a avaliao da espessura da parede , especialmente em indstrias qumicas, uma das grandes tcnicas de ensaios no destrutivos END para manuteno preventiva. FIG. 2.8 - Radiografia computadorizada (CR) de uma tubulao com isolamento. A espessura da parede pode ser medida e no se observa corroso (EWERT, 2002). Existem diferentes sistemas de CR, e similarmente radiografia convencional, o sistema apropriado deve ser escolhido de acordo com a aplicao especfica. Embora os fabricantes possam deixar a impresso de que podem oferecer um sistema universal para todas as aplicaes, tal fato no correto. A tcnica CR pode ser aplicada com 5-10% do tempo de exposio da radiografia convencional com filme, dependendo do contraste e da resoluo espacial requeridos. 14
  26. 26. Por exemplo, a aplicao do sistema filme/192 Ir, a qual requer duas horas de tempo de exposio, em muitos casos no aceitvel. Em contrapartida, placas de imagem IP espessas podem ser expostas em apenas cerca de 10 minutos, que um tempo aceitvel. A discutida vantagem de menores tempos de exposio para as placas IP em comparao com o filme radiogrfico aplica-se somente inspeo de objetos com paredes espessas, e na faixa de energia de raios X acima de 300 kV, e para o 192 Ir. A CR com placas IP de alta resoluo pode necessitar do mesmo tempo que as aplicaes de radiografia convencional com filme, mas apresentam a vantagem da digitalizao imediata da imagem. As placas IP de alta resoluo podem ser utilizadas para aplicaes com energias baixas e inspeo em soldas (EWERT, 2002). 2.5 AFERIO DA QUALIDADE DA IMAGEM Para que se possa julgar a qualidade da imagem de uma certa radiografia so empregadas pequenas peas chamadas Indicadores de Qualidade de Imagem (IQI), colocadas sobre o objeto radiografado. Os IQI so tambm chamados penetrmetros. O IQI uma pequena pea construda com um material radiograficamente similar ao do material da pea ensaiada, com uma forma geometricamente simples, e que contm algumas variaes de forma bem definidas, tais como furos ou entalhes. O tipo ou norma de fabricao do IQI deve ser aquela que o projeto de construo do equipamento a ser radiografado requerer, ou mesmo especificaes contratuais. 2.5.1 IQI ASME E ASTM TIPO FUROS Os IQI norte-americanos mais comuns consistem em uma fina placa de metal contendo trs furos com dimetros calibrados. Os IQI adotados pelas normas ASME, Section V SE-1025 (2006) ou ASTM E-1025 (2005c ) possuem trs furos, cujos dimetros so 4T, 2T e 1T, onde T corresponde espessura do IQI. Nesses IQI, a sensibilidade igual a 2% da espessura da pea a ser radiografada. Para avaliar a tcnica radiogrfica empregada, faz-se a leitura do menor furo visto na radiografia. As classes de inspeo mais rigorosas so aquelas que requerem a visualizao do menor furo do IQI. Dessa forma, possvel se determinar o nvel de inspeo, ou seja, o nvel mnimo de qualidade especificado para o ensaio. 15
  27. 27. FIG 2.9 - Exemplo de IQIs tipo furos. O nvel de inspeo indicado por dois nmeros. O primeiro representa a espessura percentual do IQI; o segundo, o dimetro do furo, que dever ser visvel na radiografia. Os IQI tipo furos devem ser colocados sobre a pea ensaiada, com a face voltada para a fonte de radiao, de modo que o plano do mesmo seja normal ao feixe de radiao. Quando a inspeo for feita em soldas, o IQI deve ser colocado no metal de base, paralelo solda, e distncia mnima de 3 mm. No caso de inspeo de solda, importante lembrar que a seleo do IQI inclui o reforo, de ambos os lados da chapa. Portanto, para igualar a espessura sob o IQI espessura da solda, devero ser colocados calos sob o IQI, confeccionados com material radiograficamente similar ao do material inspecionado. Para efeito de determinao da rea de interesse, no devem ser considerados os anis ou tiras de cobre-junta, caso existam. 2.5.2 IQI ASTM TIPO FIOS A norma ASTM E747 (2004) descreve um tipo de IQI denominado tipo fios, o qual se trata de um conjunto de cinco fios de material similar ao do material a ser radiografado, com dimetros diferentes, desde o mais fino at o mais grosso. So selados em um envelope plstico transparente, contendo identificaes e informaes sobre o IQI. 16
  28. 28. FIG 2.10 - Exemplo de IQIs tipo fios. O IQI deve ser colocado sobre a rea de interesse. No caso de soldas, os fios devem estar aproximadamente perpendiculares ao cordo de solda. A seleo do IQI deve ser feita com base na espessura a ser radiografada, verificando qual o fio essencial que dever ser visualizado na radiografia. 2.5.3 IQI CONFORME A NORMA DIN O IQI fabricado conforme a norma DIN 54109 do Deutsche Institute for Normalization (DIN, 1989) constitudo por sete arames, dispostos paralelamente, e cujo material radiograficamente similar ao material ensaiado. A relao entre o dimetro do arame e seu nmero respectivo descrito na referida norma. Os arames foram divididos em trs grupos, a saber: 1 a 7, 6 a 12 e 10 a 16. Quanto maior o nmero, menor o dimetro, o que determina os nveis de qualidade. Cada IQI caracteriza-se por conter as seguintes informaes: smbolo DIN; o nmero 62, o qual indica o ano de produo desse tipo de IQI; a abreviatura do material do arame (por exemplo, Fe); o nmero do arame mais grosso (1, 6 ou 10); o smbolo da norma ISO; e o nmero do arame mais fino (7, 12 ou 16). 17
  29. 29. O IQI DIN deve ser colocado sobre a solda ou rea de interesse, com o fio essencial na mesma direo do eixo principal de radiao, para garantir a maior sensibilidade possvel. Em geral, a projeo do fio essencial mais fino requer tcnicas apuradas, como filme mais sensvel de granulao muito fina e distncia fonte-filme maior. Sempre que possvel, o IQI deve ser colocado sobre a solda de forma que os arames estejam perpediculares linha da solda, e de forma que a imagem dele aparea na zona central da radiografia. O nmero da qualidade de imagem o nmero do arame mais fino visvel na radiografia. O nmero requerido definido para cada faixa de espessura de material. A classe de qualidade de imagem funo do rigor com que a inspeo deve ser feita, e deve ser especificado pelo fabricante, cdigo ou projeto do equipamento. 2.6 COMPARAO ENTRE AS RADIOGRAFIAS CONVENCIONAL E DIGITAL 2.6.1 EQUIPAMENTOS ESPECFICOS RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA (CR) Alm dos equipamentos comuns a ambas as tcnicas, descritos anteriormente na seo 2.2, os equipamentos abaixo so especficos tcnica CR, e encontram-se ilustrados nas Figs. 2.11 e 2.12: Microcomputador com gravador de mdia (CD), monitor de vdeo e impressora; Escner a laser e leitor tico, porttil, para o processamento das imagens. FIG. 2.11 - Equipamentos especficos tcnica de radiografia computadorizada (CR): microcomputador com monitor e escner a laser com carrossel, porttil. 18
  30. 30. Escner porttil Carrossel Placa de Fsforo FIG. 2.12 - Escner a laser porttil, de mesa, para radiografia computadorizada (CR). 2.6.2 PREPARATIVOS PARA AS RADIOGRAFIAS 2.6.2.1 RADIOGRAFIA CONVENCIONAL Para a radiografia convencional, necessita-se preparar os filmes radiogrficos na seqncia descrita a seguir, e ilustrada na Fig. 2.13: (a) Escolher o cran de chumbo e limp-lo; (b) Preencher a etiqueta e colar ao cran de sal; (c) Colar a etiqueta, junto com cran de sal, ao cran de chumbo; (d) Levar o cran para cmara escura, e mont-lo com o filme; (e) Colocar o cran e o filme em um chassi; (f) Identificar o chassi, pelo lado externo, com a etiqueta. 19
  31. 31. (f)(e) (d)(c) (b)(a) FIG. 2.13 - Preparao dos filmes radiogrficos para a radiografia convencional. 2.6.2.2 RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA (CR) Para a radiografia computadorizada, necessrio preparar a placa IP (Fig 2.14). Tal placa, a qual substitui o filme convencional, no sensvel luz antes de ser exposta radiao ionizante. Portanto, ela no velar se for removida do chassi antes da exposio radiogrfica, como acontece com o filme convencional. 20
  32. 32. FIG 2.14 - Preparao da placa IP para a radiografia digital. 2.6.3 IDENTIFICAES Ao comparar-se as identificaes obtidas com o filme radiogrfico convencional com as obtidas pelo sistema digital, constata-se que pode-se agregar mais informaes nas imagens obtidas com o sistema digital. Nas Figs 2.15 e 2.16 encontram-se exemplos comparativos das identificaes com ambas as tcnicas. FIG. 2.15 - Exemplo de identificaes na radiografia convencional. 21
  33. 33. FIG. 2.16 - Exemplo de identificaes na radiografia digital. 2.6.4 PROCESSAMENTO DOS FILMES RADIOGRFICOS Para a radiografia convencional, necessita-se de uma cmara escura, com sala prova de luz, climatizada, com gua corrente para lavagem de filmes e luzes especiais vermelhas. O espao fsico mnimo necessrio de aproximadamente 18 m2 . Para o sistema computadorizado (CR), necessita-se, para o processamento das placas IP, de escneres portteis. So necessrios apenas dois a cinco minutos para obter-se a leitura da placa, com a imagem j na tela, completando um ciclo de processamento. A rea mnima necessria para a instalao dos equipamentos de 2,5 m2 , conforme o exemplo anteriormente mostrado na Fig. 2.11. 2.6.5 LAUDAGEM DE FILMES O laudo o parecer do perito laudista. Alm da sensibilidade e experincia deste, para laudar-se um filme convencional (Fig. 2.17) necessita-se dispor dos itens relacionados abaixo: Acuidade visual e negatoscpio para leitura e interpretao; Lupas de aumento para melhor visualizar descontinuidades; Rguas para a mensurao das descontinuidades; Densitmetro e fita densitomtrica, para a avaliao de densidades dos filmes. 22
  34. 34. FIG. 2.17 - Exemplo de laudagem na radiografia convencional. Para auxlio na laudagem no sistema computadorizado (CR), necessita-se das ferramentas de auxlio interpretao de imagens contidas no software, tais como: Possibilidade de inverso de imagens, que propicia melhor visualizao das possveis descontinuidades, tais como (a) negativo para positivo; (b) baixo relevo; e (c) positivo em baixo relevo; Medio de tamanhos de descontinuidades: (a) lupa digital para ampliao das descontinuidades: a radiografia ampliada somente na regio de interesse, com a medio da descontinuidade; (b) caixa de ferramentas para escrita e/ou desenhos, com as seguintes possibilidades: caixas para demarcar reas; linhas, setas indicativas, escritos e desenhos coloridos; e medio de ngulos. 2.6.6 ARMAZENAMENTO E GUARDA DE IMAGENS O armazenamento de filmes convencionais requer grandes espaos fsicos e cuidados especiais para armazen-los. J na radiografia computadorizada (CR) as imagens so armazenadas em mdia digital (Fig. 2.18). A capacidade de armazenamento de um compact disk (CD), por exemplo, de cerca de 500 imagens, o que equivale a mais de cinco caixas de filmes convencionais. 23
  35. 35. FIG. 2.18 - Armazenamento de imagens. esquerda, filmes radiogrficos convencionais; direita, CD utilizado na radiografia digital. 2.6.7 IMPRESSO DE IMAGENS As imagens obtidas com a tcnica CR podem ser impressas em impressoras comuns. Podem ser assim repassadas diretamente s frentes de trabalho, para serem efetuados os possveis reparos, com todas as indicaes de descontinuidades. As imagens geradas podem ser tambm enviadas via internet. 2.6.8 VANTAGENS LOGSTICAS DA TCNICA DIGITAL (CR) Em resumo, a utilizao da tcnica CR traz diversas vantagens logsticas em relao tcnica convencional: Economia de espaos fsicos, ao eliminar as etapas de revelao e fixao dos filmes convencionais, dispensando a cmara escura; Ausncia de utilizao de produtos qumicos e do descarte de rejeitos; As imagens so geradas nos monitores de computadores pessoais; 24
  36. 36. Menores tempos na obteno de resultados, com maior produtividade em campo; Maior interao entre executores e usurios; Possibilidade de reutilizao das placas de fsforo (placas IP); Menor tempo de exposio: as telas de fsforo so sensibilizadas com at 20 vezes menos radiao do que os filmes tipo II. 2.7 PROTEO RADIOLGICA 2.7.1 DEFINIO o conjunto de medidas que visa a proteger o homem e o meio ambiente de possveis efeitos indevidos causados pela radiao ionizante, de acordo com princpios bsicos estabelecidos pela CNEN. 2.7.2 FINALIDADES DA PROTEO RADIOLGICA Evitar o surgimento de efeitos determinsticos mantendo as doses abaixo dos limites aplicveis, e assegurar que se tomem todas as medidas possveis para reduzir a induo de efeitos estocsticos; Proporcionar um nvel adequado de proteo para as pessoas, sem limitar indevidamente as prticas benficas nas quais ocorre exposio radiao ionizante; Ajustar a realizao de uma prtica com o fim de maximizar o benefcio lquido para o indivduo ou para sociedade. 2.7.3 PRINCIPIOS DA PROTEO RADIOLGICA a) Justificao: Qualquer atividade envolvendo radiao ou exposio deve ser justificada em relao a outras alternativas e produzir um benefcio lquido positivo para a sociedade. b) Otimizao (ALARA - As low as reasonably achievable): O projeto, o planejamento do uso e a operao de instalao e de fontes de radiao devem ser feitos de modo a garantir que as exposies sejam to reduzidas quanto razoavelmente exequvel, levando-se em considerao fatores sociais e econmicos. 25
  37. 37. c) Limitao da Dose Individual: As doses individuais de indivduos ocupacionalmente expostos e de indivduos do pblico no devem exceder os limites anuais de dose equivalente estabelecidos na norma CNEN NN-3.01 (2005). 26
  38. 38. CAPTULO 3 3 MATERIAIS E MTODOS O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar e estudar do ponto de vista da proteo radiolgica as vantagens e desvantagens da tcnica de radiografia computadorizada (CR) em aplicaes da radiografia industrial, comparando-a tcnica convencional com filme radiogrfico. Para tanto, foram planejados os seguintes objetivos especficos: Levantamento estatstico de todas as instalaes abertas e fechadas de radiografia industrial existentes no Pas, dos radionucldeos utilizados, e das respectivas atividades (item 3.1); Avaliao, de modo prtico, em uma planta industrial, das doses inerentes tcnica da radiografia industrial digital (CR) em uma instalao, comparando-as s doses provenientes da radiografia industrial convencional com filme radiogrfico (item 3.2); Estudo da viabilidade tcnica da aplicao de novos radionucldeos em gamagrafia industrial digital (CR), mais precisamente o estudo in loco em outra unidade industrial, para avaliar a viabilidade da aplicao de itrbio-169 em CR (item 3.3). 3.1 LEVANTAMENTO DE DADOS E ELABORAO DOS INVENTRIOS Para o desenvolvimento do presente trabalho, primeiramente foi realizado um levantamento estatstico acessando-se os dados cadastrais do banco de dados da Comisso Nacional de Energia Nuclear (CNEN-Sede), denominado Sistema de Instalaes Radiativas SIR. No banco de dados da CNEN o SIR encontram-se listadas todas as indstrias usurias de fontes radioativas no Brasil, listagem esta que discrimina a quantidade, a atividade e o tipo de fonte utilizada. 27
  39. 39. 3.1.1 INSTALAOES DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAS Atravs do SIR, foi realizado o levantamento de todas as instalaes de radiografia industrial registradas no Pas. 3.1.2 RADIONUCLDEOS USADOS EM RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAS Foi tambm realizado, atravs do SIR, um levantamento da atividade das fontes radioativas utilizadas em gamagrafia industrial no Pas. Tal levantamento levou em considerao a tcnica utilizada, isto , se a convencional ou a digital (CR). 3.1.3 EMPRESAS PRESTADORAS DE SERVIOS DE RADIOGRAFIA DIGITAL Foi realizado contato com as empresas usurias da tcnica de radiografia industrial. Constatou-se que apenas a Empresa A utiliza rotineiramente a tcnica de radiografia digital (CR). A Empresa A prestadora de servios de radiografia industrial em instalaes abertas e fechadas, em diversas localidades do Pas. Foi solicitado mesma que concedesse licena formal para a realizao de trabalhos conjuntos em pesquisa cientfica, e que permitisse o acesso s respectivas instalaes. Assim, foram agendados estudos conjuntos, que constituram-se na parte prtica do presente trabalho. 3.2 ESTUDOS NA REFINARIA ALBERTO PASQUALINI REFAP S/A A instalao na qual foram realizados trabalhos conjuntos com a Empresa A foi a Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP S/A), localizada na Avenida Getlio Vargas, na cidade de Canoas, RS. A Fig. 3.1 ilustra parte da instalao. FIG. 3.1 - Vista parcial da planta da REFAP S/A. 28
  40. 40. 3.2.1 FONTES DE RADIAO IONIZANTE UTILIZADAS NA REFAP S/A Em funo dos dimetros e espessuras envolvidos no ensaio e da localizao das tubulaes, foram realizadas na instalao radiografias industriais com as seguintes fontes de radiao, pertencentes Empresa A: Radiografias digitais com fonte de 75 Se, com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci); Radiografias digitais com um equipamento de raios X, potencial constante, com capacidade nominal de 160 kV, 10 mA, e abertura do feixe da ampola com 40 x 60; Radiografias digitais com fonte de 192 Ir com 251,6 GBq (6,80 Ci). 3.2.1.1 FONTE DE 75 Se Na instalao foram executadas radiografias industriais digitais com 75 Se em juntas soldadas em tubulaes de ao-carbono, em rea industrial classificada como instalao aberta, segundo a norma CNEN NN-6-04 (1988), em tubulaes de 3/4 a 3 de dimetro, em uma caldeira e em uma unidade de coogerao. A fonte de 75 Se encontrava-se alojada em um irradiador Isotopen-Technik Dr. Sauerwein, modelo Gammamat SE (MDS Nordion, Canad), com comandos do mesmo fabricante. O uso da fonte de 75 Se com baixa atividade 266,8 GBq (7,21 Ci) visava a obter tempos de fonte exposta menores, e o maior nmero possvel de juntas radiografadas por dia, pela tcnica CR. Em consequncia, haveria menos dias de exposio ao risco radiolgico, tanto de indivduos do pblico quanto de indivduos ocupacionalmente expostos (IOE), com menor custo econmico e social. Para a tcnica convencional, de acordo com estudos preliminares, a fonte de 75 Se deveria possuir atividade maior, de 2,22 TBq (60 Ci). 29
  41. 41. 3.2.1.2 FONTE DE 192 Ir Na instalao foram executadas radiografias industriais digitais (CR) com 192 Ir em juntas soldadas em tubulaes de ao-carbono, em rea industrial classificada como instalao aberta, segundo a norma CNEN NN-6-04 (1988), em tubulaes de 3 de dimetro, em trocadores de calor do tipo duplo tubo. A fonte de 192 Ir possua tambm baixa atividade 251,6 GBq (6,80 Ci). Encontrava-se em um irradiador Isotopen-Technik Dr. Sauerwein, modelo Gammamat TI-F (MDS Nordion, Canad), com comandos do mesmo fabricante. Para a tcnica convencional, de acordo com estudos preliminares, a fonte de 192 Ir deveria possuir atividade maior, de 925 GBq (25 Ci). 3.2.1.3 EQUIPAMENTO DE RAIOS X Foi utilizado um aparelho de raios X com potencial constante, marca Seifert, com capacidade nominal de 160 kV, 10 mA, e abertura do feixe da ampola com 40 x 60. O gerador de raios X de potencial constante constitudo basicamente de trs partes: unidade de comando; transformador e ampola. Possui circuito de Greinacher, em vez do circuito de Villard utilizado nos equipamentos convencionais. Tal circuito permite uma diminuio dos feixes de baixa energia, e a emisso mxima corresponde a 0,74 da tenso de pico aplicada, proporcionando um feixe de maior poder de penetrao e menor tempo de exposio. Em funo do equipamento ser montado sobre um transportador manual e a ampola do equipamento ser constituda em separado, tem-se como resultado um transporte e manuseio facilitados. O aparelho gerador de raios X permaneceu no nvel do solo, s sendo deslocada a ampola, at o nvel das juntas a serem radiografadas. Os servios de radiografia digital utilizando o equipamento gerador de raios X foram executados em juntas soldadas de tubulaes de ao carbono e inox, com dimetros variando entre 1 e 24, e espessuras variando entre 3,91 e 40 mm. 30
  42. 42. 3.2.2 ACESSRIOS CONVENCIONAIS UTILIZADOS PELA EMPRESA A 3.2.2.1 ACESSRIOS PARA AS RADIOGRAFIAS COM 75 Se E 192 Ir NA REFAP Medidor porttil de radiao tipo Geiger-Mller, marca Graetz, com capacidade de medir taxas de exposio entre 0,1 mR/h e 1,0 R/h (1 Sv/h e 10 mSv/h); Monitores individuais com alarme (bip de radiao), marca Radiatest; Colimador com fator de reduo FR de 99,5 x para o Se-75; Mangueira de bico, tipo flexvel; Vinte placas, seis lanternas e 200 metros de cordas para sinalizao; Abafadores de chumbo: duas placas de chumbo com 300 x 300 x 6,38 mm, utilizadas curvadas em forma de concha sobre a tubulao, no lado da placa IP, na tcnica PD-VS; Na tcnica PD-VD (duas placas IP a 90) foi utilizado colimador de tungstnio com fator de atenuao de 99,5 x, com o feixe radioativo direcionado para o solo. As dimenses da placa de chumbo, no lado oposto ao colimador, quando necessria, eram de 810 x 810 x 2 mm, pois os tempos de fonte exposta na radiografia digital so pequenos; Acessrios de emergncia: continer de resgate com fator de reduo de 6 CSR (camada semiredutora); funil para acoplamento no continer de resgate; pina de resgate, com comprimento de 1 m; quatro placas de chumbo com dimenses de 300 x 300 x 6,38 mm; caixa de ferramentas; cordas (200 m) e seis sinais luminosos; 20 placas de sinalizao para o raio de balizamento, conforme necessrio. 3.2.2.2 ACESSRIOS PARA AS RADIOGRAFIAS COM RAIOS X NA REFAP Medidor porttil de radiao tipo Geiger-Mller, marca Graetz, com capacidade de medir taxas de exposio entre 0,1 mR/h e 1,0 R/h (1 Sv/h e 10 mSv/h); Monitores individuais com alarme (bip de radiao), marca Radiatest; Oito placas, duas lanternas e 100 metros de cordas para sinalizao; Placas de chumbo com espessuras variando de 0,5 a 6 mm. 31
  43. 43. 3.2.3 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DE CR DA EMPRESA A Para a obteno de imagens digitais, foram utilizados os equipamentos da Empresa A descritos a seguir. - Hardware: Microcomputador pessoal (PC) com micro-processador tipo Intel PENTIUM III 750 Mhz, memria RAM com 128 Mb, placa de vdeo com 34 Mb; Monitor: dimenso de 17, resoluo 1280 x 1024 dpi, luminosidade de 350 cd/m2 , homogeneidade compatvel com o teste de verificao de acordo com os padres SMTPE (Society of Motion Picture and Television Engineers); Leitor tico (aquisitor de imagem digital): fabricante Gendex , modelo: DenOptix, tipo carrossel, configurao de dispositivo laser classe I varredura vertical; Telas flexveis aquisitoras de imagens: Princpio de funcionamento: leitura a laser da fotoluminescncia de sais de fsforo excitados por radiao ionizante, dimenses 75 x 150 mm / 75 x 300 mm / 150 x 300 mm, resoluo de 4 linhas pares por milmetro para 150 dpi dado do fabricante (Gendex - AGFA ). - Software: fabricante Gendex , tipo Vix Win, verso PRO. 3.2.4 DOSMETROS TERMOLUMINESCENTES (TLD) Os dosmetros termoluminescentes do tipo TLD foram fornecidos pelo Servio de Monitorao Externa (SEMEX) do Instituto de Radioproteo e Dosimetria (IRD/CNEN), laboratrio autorizado pela CNEN. Nos trabalhos de campo realizados na instalao REFAP S/A, foram usados 25 monitores, cada um contendo cinco dosmetros TLD. As sensibilidades mnima e mxima dos dosmetros eram, respectivamente, 5 Gy e 50 Gy. Um dos monitores era o monitor controle, no utilizado em experimentos prticos, e que somente acompanhava os demais em todo o trajeto percorrido. 32
  44. 44. Para cada um dos trs tipos de radiao (75 Se, 192 Ir ou raios X) utilizou-se oito monitores, conforme exemplifica a Fig. 3.2. FIG. 3.2 Vinte e cinco monitores, cada um contendo cinco dosmetros TLD, utilizados nos experimentos na REFAP S/A. Os dosmetros TLD foram utilizados para a medida e registro das doses envolvidas com a tcnica de CR. Foram colocados nos raios de balizamento, posicionados a 1 metro de altura, de acordo com os esquemas das Figuras 3.3, 3.4 e 3.5. FIG. 3.3 - Localizao dos monitores, cada um contendo cinco dosmetros TLD, utilizados nos experimentos com 75 Se, tcnica CR, na REFAP S/A. 33
  45. 45. Para o 75 Se, os monitores de 1 a 4 foram posicionados a 7 metros de distncia da fonte, enquanto que os monitores de 5 a 8 foram posicionados a 2 metros de distncia da fonte. Os monitores 3 e 7 estavam na direo do feixe primrio. Havia colimador, com o objetivo de reduzir a dose, mas no foi colocada placa de chumbo (abafador). Em ensaios rotineiros so utilizadas tais blindagens adicionais, com o objetivo de reduzir o isolamento de rea e risco mximo. O ensaio foi realizado aps as 22 horas. FIG. 3.4 - Localizao dos monitores, cada um contendo cinco dosmetros TLD, utilizados nos experimentos com raios X, tcnica CR, na REFAP S/A. Para os raios X, os monitores de 9 a 12 foram posicionados a 3 metros de distncia da fonte de radiao, enquanto que os monitores de 13 a 16 foram posicionados a 1 metro de distncia da fonte de radiao. Os monitores 11 e 15 estavam na direo do feixe primrio, mas havia placa de chumbo (abafador), com o objetivo de reduzir a dose, uma vez que o ensaio foi realizado s 16 horas, quando havia muitos Indivduos do Pblico prximos ao local. 34
  46. 46. FIG. 3.5 - Localizao dos monitores, cada um contendo cinco dosmetros TLD, utilizados nos experimentos com 192 Ir, tcnica CR, na REFAP S/A. Para o 192 Ir, os monitores de 17 a 20 foram posicionados a 12 metros de distncia da fonte, enquanto que os monitores de 21 a 24 foram posicionados a 4 metros de distncia da fonte. Os monitores 19 e 23 estavam na direo do feixe primrio. Havia colimador, com o objetivo de reduzir a dose, mas no foi colocada placa de chumbo (abafador). Em ensaios rotineiros so utilizadas tais blindagens adicionais, com o objetivo de reduzir o isolamento de rea e risco mximo. O ensaio foi realizado aps as 23 horas. 3.2.5 LIMITES ANUAIS DE DOSE As radiografias industriais realizadas na instalao (REFAP S/A) foram planejadas de modo que as doses individuais no excedessem os limites primrios definidos na Norma CNEN NN-3.01 (2005), ou seja: Para indivduos ocupacionalmente expostos (IOE): 20 mSv/ano, com mdia ponderada em 5 anos consecutivos, desde que no exceda 50 mSv em qualquer ano. Para indivduos do pblico: 1 mSv/ano. 35
  47. 47. Para garantir que os limites anuais especificados acima no seriam excedidos, foram deduzidos os limites derivados dirios destacados a seguir, que foram utilizados nos clculos dos balizamentos utilizados durante os procedimentos, e que definiam as reas controlada e livre: Para indivduos ocupacionalmente expostos (IOE): o limite derivado 0,08 mSv/dia ou 0,01 mSv/hora. Para indivduos do pblico: o limite derivado 0,004 mSv/dia. 3.2.6 RADIOGRAFIAS DIGITAIS COM A FONTE DE SELNIO-75 Como havia tubulaes de diversos dimetros e espessuras, na Tabela 3.1 esto relacionados alguns dados, como por exemplo o tempo de fonte exposta por filme e a tcnica utilizada para a radiografia digital com a fonte de 75 Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci). Tabela 3.1: Parmetros para a fonte de 75 Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci*). externo () Espessura (mm) Tempo de exposio por placa (min) DFFa mnima (mm) N total de placas por junta Tempo de exposio por junta (h) Tcnica radiogrfica digital Tipo de placa 3/4 3,91 1,46 700 2 0,050 PD-VD Fsforo 1 4,54 1,54 700 2 0,051 PD-VD Fsforo 1 1/2 5,08 1,63 700 2 0,054 PD-VD Fsforo 2 5,54 0,08 150 4 0,005 PD-VS Fsforo 2 1/2 7,01 0,09 150 4 0,006 PD-VS Fsforo 3 7,62 0,10 150 4 0,007 PD-VS Fsforo a DFF = distncia fonte-placa IP. * Para efeito de clculo, a atividade da fonte de 75 Se considerada corresponde a 40% da atividade da fonte de 192 Ir, devido diferena do gamo entre os radioistopos. Os valores de tempo de exposio, por placa, foram calculados pela Equao 3.1 (JOS et al., 2002): S A FEd T = 2 (3.1) onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distncia fonte - placa (pol); FE = fator de exposio, em funo da Tabela 3.2 (tempo de exposio); A = atividade da fonte (Ci); S = sensibilidade da placa de fsforo. Em funo de resultados prticos obtidos pela Empresa A, para o 75 Se foi utilizado S = 0,05 nas tcnicas PD-VD e PD-VS. 36
  48. 48. A Tabela 3.2 fornecida pela Kodak. Refere-se aos parmetros de tempo de exposio para fontes de 192 Ir. Para obter o tempo de exposio para outros radioistopos, utiliza- se a mesma Tabela; entretanto, deve-se considerar a diferena entre o gamo do radioistopo utilizado e o gamo do 192 Ir. Tabela 3.2: Parmetros de tempo para exposio com fonte de 192 Ir e densidade 2.2. (Esp = espessura, por parede). Esp Fator de exposio Esp Fator de exposio Esp Fator de exposio Esp Fator de exposio 1 0,0747 26 0,3030 51 1,2293 76 4,9865 2 0,0790 27 0,3205 52 1,3001 77 5,2738 3 0,0835 28 0,3390 53 1,3750 78 5,5776 4 0,0883 29 0,3585 54 1,4543 79 5,8989 5 0,0934 30 0,3791 55 1,5380 80 6,2388 6 0,0988 31 0,4010 56 1,6266 81 6,5982 7 0,1045 32 0,4241 57 1,7204 82 6,9783 8 0,1105 33 0,4485 58 1,8195 83 7,3803 9 0,1169 34 0,4744 59 1,9243 84 7,8055 10 0,1236 35 0,5017 60 2,0351 85 8,2551 11 0,1308 36 0,5306 61 2,1524 86 8,7307 12 0,1383 37 0,5612 62 2,2764 87 9,2337 13 0,1463 38 0,5935 63 2,4075 88 9,7656 14 0,1547 39 0,6277 64 2,5462 89 10,328 15 0,1636 40 0,6639 65 2,6929 90 10,923 16 0,1731 41 0,7021 66 2,8480 91 11,552 17 0,1830 42 0,7426 67 3,0121 92 12,218 18 0,1936 43 0,7853 68 3,1856 93 12,921 19 0,2047 44 0,8306 69 3,3692 94 13,666 20 0,2165 45 0,8784 70 3,5633 95 14,453 21 0,2290 46 0,9290 71 3,7685 96 15,286 22 0,2422 47 0,9826 72 3,9856 97 16,166 23 0,2562 48 1,0392 73 4,2153 98 17,098 24 0,2709 49 1,0990 74 4,4581 99 18,083 25 0,2865 50 1,1624 75 4,7149 3.2.7 RADIOGRAFIAS CONVENCIONAIS COM A FONTE DE SELNIO-75 Na Tabela 3.3 encontram-se os dados para radiografia convencional com a fonte de 75 Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci). 37
  49. 49. Tabela 3.3: Parmetros para a fonte de 75 Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci*). externo () Espessura (mm) Tempo de exposio por filme (min) DFF a mnima (mm) N total de filmes por junta Tempo de exposio por junta (h) Tcnica radiogrfica convencional Tipo de filme b 3/4 3,91 87 700 2 2,9 PD-VD tipo I 1 4,54 92 700 2 3,1 PD-VD tipo I 1 1/2 5,08 98 700 2 3,3 PD-VD tipo I 2 5,54 4,8 150 4 0,32 PD-VS tipo I 2 1/2 7,01 5,6 150 4 0,37 PD-VS tipo I 3 7,62 5,9 150 4 0,39 PD-VS tipo I * Para efeito de clculo, a atividade da fonte de 75 Se considerada corresponde a 40% da atividade da fonte de 192 Ir, devido diferena do gamo entre os radioistopos. a DFF = distncia fonte-filme; b O filme tipo I um filme lento, mas o ideal para a espessura do material a ser radiografado. A sensibilidade trs vezes maior do que a do filme tipo II. Os valores de tempo de exposio da Tabela 3.3, por filme, tambm foram calculados atravs da Equao 3.1, dada anteriormente, onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distncia fonte-filme (pol); FE = fator de exposio, em funo da Tabela 3.2; A = atividade da fonte (Ci); S = sensibilidade do filme radiogrfico. Para ambas as tcnicas (PD-VD ou PD-VS), o valor de S 3. Tal valor de sensibilidade refere-se ao filme lento (tipo I), que o filme ideal para materiais com espessura de at 9,5 mm. Se utilizssemos filmes rpidos (tipo II), teramos tempos de exposio menores; entretanto, no alcanaramos a qualidade de radiografia requerida. Atravs da Tabela 3.3, podemos observar que o tempo de fonte exposta por filme aumentou consideravelmente em relao tcnica CR, j que, para atingir a sensibilidade radiogrfica do filme, torna-se necessria uma maior exposio. O acrscimo de tempo corresponde a 60 vezes o tempo da tcnica CR. Concluiu-se, ento, que a utilizao, na radiografia convencional, da mesma fonte de 75 Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci) tornaria o servio significativamente improdutivo e, portanto, financeiramente invivel. Para aumentar a produtividade do servio a ser executado, necessrio utilizar uma fonte de 75 Se com maior atividade, reduzindo assim o tempo de fonte exposta necessria para sensibilizar o filme na radiografia convencional. 38
  50. 50. Na Tabela 3.4 temos os dados para radiografia convencional, utilizando uma fonte de 75 Se com atividade de 2,22 TBq (60 Ci). Tabela 3.4: Parmetros para a fonte de 75 Se com atividade de 2,22 TBq (60 Ci*). externo () Espessura (mm) Tempo de exposio por filme (min) DFF a mnima (mm) N total de filmes por junta Tempo de exposio por junta (h) Tcnica radiogrfica convencional Tipo de filme b 3/4 3,91 10,49 700 2 0,35 PD-VD tipo I 1 4,54 11,10 700 2 0,37 PD-VD tipo I 1 1/2 5,08 11,73 700 2 0,39 PD-VD tipo I 2 5,54 0,57 150 4 0,04 PD-VS tipo I 2 1/2 7,01 0,67 150 4 0,04 PD-VS tipo I 3 7,62 0,71 150 4 0,05 PD-VS tipo I * Para efeito de clculo, a atividade da fonte de 75 Se corresponde a 40% da atividade da fonte de 192 Ir, devido diferena do gamo entre os radioistopos. a DFF = distncia fonte-filme; b Filme tipo I, que um filme lento, mas o filme ideal para a espessura do material a ser radiografado. A sensibilidade trs vezes maior do que a do filme tipo II. Para a fonte de 75 Se com maior atividade (Tabela 3.4), observa-se que o acrscimo de tempo de fonte exposta, em relao tcnica CR (Tabela 3.1), de aproximadamente sete vezes, demonstrando que apesar da fonte possuir uma atividade maior (2,22 GBq 60 Ci), ainda assim a produtividade ser menor do que na tcnica CR, que utiliza fontes com atividades bem menores. 3.2.8 CLCULO DO BALIZAMENTO DE REAS PARA O 75 SE REFAP O balizamento, o qual delimita as reas classificadas, foi elaborado atravs de clculos tericos, os quais foram confirmados e registrados atravs de monitoraes de rea. Posteriormente, tambm foi utilizada a leitura dos dosmetros TLD, posicionados conforme descrito na Seo 3.2.4, utilizados na tcnica CR. A confirmao e validao, atravs das monitoraes de rea, deu-se da seguinte forma: Foram efetuadas duas medidas com o monitor Geiger-Mller no mesmo local do balizamento (d1 e d2), sendo uma atenuada pelo colimador e a outra atenuada pelo tubo de ao; 39
  51. 51. O valor dessas leituras (M) deveria ser igual ou menor que a dose mxima diria para indivduos do pblico (0,004 mSv/dia = 0,4 mrem/dia), dividida pelo nmero de horas (t) de fonte exposta no dia. Assim, t M 4,0 (3.2) Os clculos dirios de balizamento para a execuo dos ensaios radiogrficos em tubulaes eram realizados atravs das seguintes equaes: Na tcnica PD-VS (parede dupla vista simples): adorcoFR tA d lim 1 4,0 = (3.3) abafadortub FRFR tA d = 4,0 2 (3.4) Na tcnica PD-VD (parede dupla vista dupla): adorcoFR tA d lim 1 4,0 = (3.5) abafadorFR tA d = 4,0 2 (3.6) onde: d = distncia mnima para o balizamento (m); = constante especfica da fonte (75 Se = 203 mR.m2 /h.Ci ); A = atividade da fonte (Ci); t = tempo de fonte exposta por dia (h); H = dose derivada diria para indivduo do pblico = 0,4 mrem (0,004 mSv); FRtub = fator de reduo devido dupla parede do tubo de ao; FRcolimador = fator de reduo devido ao colimador (99,5 x); FRabafador = fator de reduo devido ao abafador de chumbo. 40
  52. 52. FR calculado pela seguinte expresso: xeFR = (3.7) 3.2.9 RADIOGRAFIAS DIGITAIS COM RAIOS X As Tabelas 3.5 e 3.6 mostram as caractersticas tcnicas das juntas radiografadas com raios X na REFAP. Tabela 3.5: Caractersticas tcnicas das juntas radiografadas com raios X. externo () Espessura (mm) DFF mnima (mm) a Placas ou filmes por junta Tcnica radiogrfica Tempo de exposio por junta 1 < < 3 3,5 E 6,4 700 1 < < 3 6,4 < E 9,5 700 2 PD-VD - elipse 1 < < 3 3,5 E 6,4 700 1 < < 3 6,4 < E 9,5 700 3 PD-VD - sobreposta 2 < < 3 3,5 E 6,4 130 2 < < 3 6,4 < E 9,5 130 2 < < 3 9,5 < E 12,7 130 5 PD-VS 3,5 E 6,4 225 6,4 < E 9,5 225 9,5 < E 12,7 225 12,7 < E 19,0 225 19,0 < E 25,4 250 De 4 a 24 25,4 < E 33,5 250 Ver Tabela 3.6 Deve-se calcular atravs do grfico do aparelho de raios X (Figura 3.6). Para CR o tempo 10 x menor. a DFF = distncia fonte-placa IP ou fonte-filme. Tabela 3.6: Placas IP ou filmes por juntas radiografadas com raios X. Dimetro externo (polegadas) Quantidade de placas IP ou filmes por junta 4 8 8 1/2 < 12 12 < 14 14 < 18 18< 22 22< 24 5 4 5 6 7 8 41
  53. 53. O tempo de exposio por junta estimado atravs do grfico da Fig. 3.6, referente ao aparelho gerador de raios X marca Seifert com potencial constante. O tempo funo da kV e da mA. Para CR o tempo 10 vezes menor. FIG. 3.6 - Grfico para o equipamento gerador de raios X Seifert. Dados vlidos somente com a remoo do disco de proteo de Al e sem o filtro de Cu. As Figs. 3.7 e 3.8 ilustram as tcnicas PD-VD e PD-VS com raios X, respectivamente. Blindagem FIG. 3.7 - Exemplo de arranjo para a tcnica radiogrfica PD-VD. 42
  54. 54. Blindagem FIG. 3.8 - Exemplo de arranjo para a tcnica radiogrfica PD-VS. 3.2.10 CLCULO DO BALIZAMENTO DE REAS PARA OS RAIOS X Abaixo se encontra a expresso matemtica utilizada para o clculo do isolamento de reas para a execuo dos ensaios radiogrficos com raios X. mEX TUtKmA d 2 1 = (3.8) onde: d1 = distncia estimada (m); mA = corrente do tubo; X = exposio limite para indivduos do pblico (0,05 mR/h ou 0,40 mR/d) ou sua proporo pelo nmero de juntas efetuadas por dia, ou seja, 0,40/nmero de juntas radiografadas; K = taxa de exposio em mR/h a 1 m (ver Tabela 3.7); E = espessura da chapa, tubo, placa de Pb, como blindagem (mm); m = camada de semi-transmisso (mm, ver Tabela 3.8); t = tempo total de exposio (h); U = fator de uso do aparelho = 1; T = fator de ocupao = 1. s vezes considera-se o fator de uso do aparelho (U) igual a 1/2 ou 1/3 para a tcnica PD- VD (parede dupla vista dupla) elipse ou sobreposta, e 1/4 ou 1/n para a tcnica PD-VS (parede dupla vista simples), em funo das diversas direes para as quais a ampola de 43
  55. 55. raios X direcionada. O denominador do fator de uso igual ao nmero de exposies por junta. Considerou-se sempre o fator de ocupao T igual a 1, porque os trabalhos de radiografia digital foram realizados no mesmo turno em que indivduos do pblico realizavam outras atividades na REFAP S/A. Tabela 3.7: Taxa de exposio em funo da tenso (kV). Tenso (kV) Exposio (mR/h a 1 m por mA) 100 400 120 500 140 750 160 1,075 180 1,475 200 1,925 250 2,750 300 3,375 Tabela 3.8: Camada de semitransmisso (mm) para ao, alumnio e chumbo, em funo da tenso do equipamento gerador de raios X (kV). Tenso (kV) 100 120 140 160 180 200 250 300 mm de ao 0,40 0,45 0,53 0,65 0,85 1,00 1,60 2,60 mm de alumnio 16,30 18,00 20,00 21,00 22,00 23,50 26,60 28,30 mm de chumbo 0,27 0,28 0,30 0,32 0,46 0,52 0,88 1,47 3.2.11 RADIOGRAFIAS DIGITAIS COM IRDIO-192 - REFAP Como havia tubulaes de diversos dimetros e espessuras, na Tabela 3.9 esto relacionados alguns dados, como por exemplo o tempo de fonte exposta por filme e a tcnica utilizada para a radiografia digital com a fonte de 192 Ir com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci), para a medio de espessura de corroso. 44
  56. 56. Tabela 3.9: Parmetros para a fonte de 192 Ir com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci). externo () Espessura (mm) Tempo de exposio por placa (min) DFFa mnima (mm) N total de placas por junta Tempo de exposio por junta (h) Tcnica radiogrfica digital Tipo de placa 3/4 3,91 0,62 700 2 0,021 PD-VD Fsforo 1 4,54 0,65 700 2 0,022 PD-VD Fsforo 1 1/2 5,08 0,69 700 2 0,023 PD-VD Fsforo 2 5,54 0,03 150 4 0,002 PD-VS Fsforo 2 1/2 7,01 0,04 150 4 0,003 PD-VS Fsforo 3 7,62 0,04 150 4 0,003 PD-VS Fsforo a DFF = distncia fonte-placa IP. Os valores de tempo de exposio, por placa, surgiram da Equao 3.9: S A FEd T = 2 (3.9) onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distncia fonte-placa (polegadas); FE = fator de exposio, em funo da Tabela 3.2 (tempo de exposio); A = atividade da fonte (Ci); S = sensibilidade da placa de fsforo. Em funo de resultados prticos obtidos pela Empresa A, para o 192 Ir foi utilizado o valor S = 0,05 para as tcnicas PD- VS e PD-VD. 3.2.12 RADIOGRAFIAS CONVENCIONAIS COM A FONTE DE IRIDIO-192 Na Tabela 3.10 encontram-se os dados para radiografia convencional com a fonte de 192 Ir com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci). Tabela 3.10: Parmetros para a fonte de 192 Ir e com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci). externo () Espessura (mm) Tempo de exposio por filme (min) DFF a mnima (mm) N total de filmes por junta Tempo de exposio por junta (h) Tcnica radiogrfica convencional Tipo de filme b 3/4 3,91 37,03 700 2 1,234 PD-VD tipo I 1 4,54 39,17 700 2 1,306 PD-VD tipo I 1 1/2 5,08 41,42 700 2 1,381 PD-VD tipo I 2 5,54 2,01 150 4 0,134 PD-VS tipo I 2 1/2 7,01 2,38 150 4 0,159 PD-VS tipo I 3 7,62 2,52 150 4 0,168 PD-VS tipo I a DFF = distncia fonte-filme; b O filme tipo I um filme lento, mas o ideal para a espessura do material a ser radiografado. A sensibilidade trs vezes maior do que a do filme tipo II. 45
  57. 57. Os valores de tempo de exposio da Tabela 3.10, por filme, surgiram tambm da Equao 3.9, dada acima, onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distncia fonte- filme (pol); FE = fator de exposio, em funo da Tabela 3.2; A = atividade da fonte (Ci); S = sensibilidade do filme radiogrfico para o Ir-192. Para ambas as tcnicas (PD- VD ou PD-VS), o valor de S 3. Tal valor de sensibilidade refere-se ao filme lento (tipo I), que o filme ideal para a espessura do material a ser radiografado. Se utilizssemos filmes rpidos (tipo II), teramos tempos de exposio menores; entretanto, no alcanaramos a qualidade de radiografia requerida. Atravs da Tabela 3.10, podemos observar que o tempo de fonte exposta por filme aumentou consideravelmente em relao tcnica CR, j que, para atingir a sensibilidade radiogrfica do filme, torna-se necessria uma maior exposio. O acrscimo de tempo corresponde a 60 vezes o tempo da tcnica CR. Concluiu-se, ento, que a utilizao, na radiografia convencional, da mesma fonte de 192 Ir com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci) tornaria o servio significativamente improdutivo e, portanto, financeiramente invivel. Para aumentar a produtividade do servio a ser executado, necessrio utilizar uma fonte de 192 Ir com maior atividade, reduzindo assim o tempo de fonte exposta necessria para sensibilizar o filme na radiografia convencional. Na Tabela 3.11 temos os dados para radiografia convencional, utilizando uma fonte de 192 Ir com atividade de 925 GBq (25 Ci). Tabela 3.11: Parmetros para a fonte de 192 Ir com atividade de 925 GBq (25 Ci). externo () Espessura (mm) Tempo de exposio por filme (min) DFF a mnima (mm) N total de filmes por junta Tempo de exposio por junta (h) Tcnica radiogrfica convencional Tipo de filme b 3/4 3,91 10,07 700 2 0,336 PD-VD tipo I 1 4,54 10,65 700 2 0,355 PD-VD tipo I 1 1/2 5,08 11,26 700 2 0,375 PD-VD tipo I 2 5,54 0,55 150 4 0,036 PD-VS tipo I 2 1/2 7,01 0,65 150 4 0,043 PD-VS tipo I 3 7,62 0,68 150 4 0,046 PD-VS tipo I a DFF = distncia fonte-filme; b Filme tipo I, que um filme lento, mas o filme ideal para a espessura do material a ser radiografado. A sensibilidade trs vezes maior do que a do filme tipo II. 46
  58. 58. Para a fonte de 192 Ir com maior atividade (Tabela 3.11), observa-se que o acrscimo de tempo de fonte exposta, em relao tcnica CR (Tabela 3.9), de aproximadamente dezesseis vezes, demonstrando que apesar da fonte possuir uma atividade maior (925 GBq (25 Ci)), ainda assim a produtividade ser menor do que na tcnica CR, que utiliza fontes com atividades bem menores. 3.2.13 CLCULO DO BALIZAMENTO DE REAS PARA O IRDIO-192 - REFAP O balizamento, o qual delimita as reas classificadas, foi elaborado atravs de clculos tericos, os quais foram confirmados e registrados atravs de monitoraes de rea. Posteriormente, tambm foi utilizada a leitura dos dosmetros TLD, posicionados conforme descrito na Seo 3.2.4, utilizados na tcnica CR. A confirmao e validao, atravs das monitoraes de rea, deu-se da seguinte forma: Foram efetuadas duas medidas com o monitor Geiger-Mller no mesmo local do balizamento (d1 e d2), sendo uma atenuada pelo colimador e a outra atenuada pelo tubo de ao; O valor dessas leituras (M) deveria ser igual ou menor que a dose mxima diria para indivduos do pblico (0,004 mSv/dia = 0,4 mrem/dia), dividida pelo nmero de horas (t) de fonte exposta no dia. Assim, t M 4,0 (3.10) Os clculos dirios de balizamento para a execuo dos ensaios radiogrficos em tubulaes eram realizados atravs das seguintes equaes: Na tcnica PD-VS (parede dupla vista simples): adorcoFR tA d lim 1 4,0 = (3.11) abafadortub FRFR tA d = 4,0 2 (3.12) 47
  59. 59. Na tcnica PD-VD (parede dupla vista dupla): adorcoFR tA d lim 1 4,0 = (3.13) abafadorFR tA d = 4,0 2 (3.14) onde: d = distncia mnima para o balizamento (m); = constante especfica da fonte (192 Ir = 486 mR.m2 /h.ci ); A = atividade da fonte (Ci); t = tempo de fonte exposta por dia (h); H = dose derivada diria para indivduo do pblico = 0,4 mrem/d (0,004 mSv/d); FRtub = fator de reduo devido dupla parede do tubo de ao; FRcolimador = fator de reduo devido ao colimador (20 x); FRabafador = fator de reduo devido ao abafador de chumbo. FR calculado pela seguinte expresso: xeFR = (3.15) 3.3 ESTUDO DA APLICAO DE ITRBIO-169 EM CR INDUSTRIAL A alta sensibilidade das placas de imagem com fsforo para radiografia digital limitam o uso das fontes radioativas com alta atividade, comumente usadas na radiografia convencional. Paradoxalmente, isso representa maior vantagem do ponto de vista da segurana e da proteo radiolgica, porque leva ao uso de fontes com baixa atividade. Foi realizado neste trabalho um estudo conjunto com a Empresa A para investigar qual seria o radioistopo adequado e qual a atividade conveniente a ser utilizado em radiografia digital no controle de qualidade de soldas durante paradas operacionais em uma unidade da Petrobras a Refinaria de Paulnia (REPLAN). Cabe ressaltar que atualmente a Petrobras uma das maiores e mais assduas empresas contratantes de servios de radiografia industrial em nosso Pas. 48
  60. 60. Uma das mudanas internas introduzidas pela Petrobras foi a reduo do limite de dose para membros do pblico, reduzido de 1/10 para 1/50 dos limites ocupacionais. A Petrobras tambm limita, na gamagrafia industrial convencional, o uso de fontes radioativas em um mximo de 259 GBq (7 Ci) para 60 Co, 740 GBq (20 Ci) para 192 Ir e 1.739 GBq (47 Ci) para 75 Se. Tais medidas aumentaram as reas restritas durante as operaes de radiografia, o que levou a uma reduo gradual de produo, com menor nmero de radiografias por dia de trabalho (SERRA et al., 2005). Para superar tais dificuldades, a Petrobras passou a adotar a radiografia digital usando fontes de 75 Se com baixa atividade, e equipamentos de raios X. Foram assim obtidos progressos relativos segurana e produtividade (SERRA et al., 2002). Contudo, isso no foi considerado o bastante para atingir os objetivos almejados de produtividade e segurana. A produtividade foi alcanada com as fontes de 75 Se de baixa atividade, mas as preocupaes com a segurana permaneceram, principalmente as referentes a acidentes durante o retorno da fonte para o irradiador. Embora os equipamentos de raios X sejam mais seguros, a produtividade deles muito menor do que a de radiografias com 75 Se. Para atingir as metas de produtividade e segurana, foi necessrio investigar o uso de fontes radioativas mais seguras, j que equipamentos portteis de raios X apropriados para trabalhos em campo no so to produtivos quantos os radioistopos. Para a escolha, dois critrios teriam que ser preenchidos: (a) o radioistopo teria que ser capaz de atuar em radiografias em espessuras de ao de at 15 mm; e (b) o radioistopo teria que ter energia menor que a do 75 Se, que varia de 120 a 970 keV (IAEA, 1999a). De acordo com GONZALES (2001) e PETTEN et al. (1999), cinco opes estavam disponveis: 60 Co, 192 Ir, 75 Se, 170 Tm e 169 Yb. Dentre essas, duas opes destacavam-se por causa da baixa energia intrnseca: itrbio-169 e tlio-170. Os detalhes das fontes radioativas selecionadas encontram-se na Tabela 3.12. Tabela 3.12: Caractersticas das fontes radioativas selecionadas (PETTEN et al., 1999; GIESE et al., 2001). Radioistopo Penetrao mxima em espessuras de ao (mm) Gamo (Sv.m2 /h.GBq) Meia-vida (dias) Selnio-75 30 54,86 74 Itrbio-169 20 33,78 32 Tlio-170 5 8,11 127 49
  61. 61. O 169 Yb foi selecionado por causa do alcance de penetrao e pela caracterstica de possuir camada semi-redutora com valor baixo, de apenas 0,2 mm para o ao, de acordo com MASON et al., 1992, e pela reconhecida qualidade intrnseca (DOWALO, 1994). A meia-vida curta do 169 Yb de 32 dias no foi considerada desvantagem, j que a radiografia digital utilizando fontes com baixa atividade pode produzir imagens de boa qualidade. De fato, isso foi considerado um vantagem do ponto de vista da segurana radiolgica, em caso de acidentes. 3.3.1 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA REPLAN A fonte de 169 Yb foi adquirida da MDS Nordium (Canad) pela Empresa A. A fonte possua apenas 74 GBq (2 Ci) e estava acondicionada em cpsula de ao inoxidvel. A fonte foi carregada em um irradiador de gamagrafia industrial porttil panormico, modelo Gammamat TI, no Laboratrio de Produo de Fontes Seladas do Instituto de Pesquisas Energticas Nucleares IPEN/CNEN. 3.3.2 ARRANJOS EXPERIMENTAIS NA REPLAN O aparato radiogrfico descrito acima foi utilizado em abril de 2005 na REPLAN, para radiografias de soldas em tubulaes de ao com 9% de Cr-Mo, com dimetro nominal de 8 e espessura de 7,92 mm. Foram utilizados dois arranjos filme/fonte: panormico e PD-VS (parede dupla - vista simples) em curta distncia. Quanto aos padres de qualidade da solda, foram aplicados os padres ASME Code Sections V e VIII, que especificam o IQI (indicador de qualidade de imagem) mnimo requerido (SERRA et al., 2005). Duas tcnicas radiogrficas foram usadas: a convencional com filme radiogrfico e fonte de 192 Ir, e a digital com placas de imagem com fsforo (IP) e fonte de 169 Yb. Os ensaios de radiografia convencional foram realizados de madrugada, de 05:00 s 07:00 h. A radiografia digital foi usada durante o horrio de almoo, de 12:00 s 13:00 h, e noite, de 23:00 s 24:00 h. Os raios de balizamento e a produtividade de ambas as tcnicas foram comparados. 50
  62. 62. CAPTULO 4 4 RESULTADOS 4.1 LEVANTAMENTO DE DADOS E ELABORAO DOS INVENTRIOS Para o desenvolvimento do presente trabalho, primeiramente foi realizado um levantamento estatstico acessando-se os dados cadastrais do banco de dados da Comisso Nacional de Energia Nuclear (CNEN-Sede), denominado Sistema de Instalaes Radiativas SIR. 4.1.1 INSTALAES DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAS Atualmente existem 169 empresas ativas cadastradas na CNEN-Sede como usurias de fontes de radiao ionizante na prtica de radiografia industrial. Desse total, 17 so prestadoras de servios de radiografia industrial, e as demais atuam em outros segmentos da indstria, conforme mostra a Tabela 4.1. Tabela 4.1: Empresas cadastradas na prtica de radiografia industrial no Pas. No . de fontes de radiao Segmento No . de instalaes Fontes radioativas Raios X Prestao de Servios 17 220 106 Metalurgia 62 12 105 Automobilstico 20 0 98 Naval 1 1 12 Aviao 9 0 16 Nuclear 3 2 3 Blico 7 0 10 Siderurgia 12 5 23 Componentes eletrnicos 38 0 63 Total 169 240 436 51
  63. 63. 4.1.2 RADIONUCLDEOS USADOS EM RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAS Na prtica de gamagrafia industrial so utilizadas fontes de irdio, selnio e cobalto. Fontes de tlio e itrbio no so comumente utilizadas comercialmente, por apresentarem custo elevado. Na gamagrafia convencional com filme radiogrfico, as atividades das fontes variam de 370 GBq a 2.960 GBq (10 a 80 Ci) para o 192 Ir, e de 296 GBq a 2.220 GBq (8 a 60 Ci) para o 75 Se. J para a radiografia digital (CR), as atividades das fontes empregadas variam de 11,1 a 370 GBq (0,3 a 10 Ci) de 75 Se; e 111 a 296 GBq (3 a 8 Ci) de 192 Ir. 4.1.3 EMPRESAS PRESTADORAS DE SERVIOS DE RADIOGRAFIA DIGITAL Conforme mencionado no Captulo anterior, item 3.1.3, no Pas, apenas a Empresa A presta servios de radiografia industrial digital. 4.2 ESTUDOS NA REFINARIA ALBERTO PASQUALINI REFAP S/A 4.2.1 BALIZAMENTO DE REAS PARA O 75 SE, TCNICA DIGITAL (REFAP) Os seguintes dados foram considerados: radioistopo = Se-75; atividade da fonte radioativa = 267 GBq (7,21 Ci); energia do 75 Se = 0,30 Mev; = constante especfica da fonte de Se-75 = 203; Pb = 4,04/cm; ao = 0,833/cm; limite de dose para indivduos do pblico = 1 mSv/ano (0,004 mSv/dia = 0,4 mrem/dia); limite de dose utilizado para IOE = 50 mSv/ano (0,2 mSv/dia = 20 mrem/dia). Para o clculo da distncia de balizamento, considerou-se que ocorre uma reduo do colimador em apenas uma direo. Com isso, teramos uma distncia distinta para o balizamento em cada direo. Na realizao dos ensaios no foi utilizado o abafador no lado oposto ao colimador. Considerou-se assim um tubo de 1 de dimetro; espessura da parede de 4,5 mm; atividade da fonte de 267 GBq (7,21 Ci); e colimador de tungstnio com FR = 99,5 x. Portanto, para um tempo total de 50 segundos de fonte exposta em cada setor, estimou- se o raio de balizamento atravs das Equaes 3.5 e 3.6 do Captulo 3: 52
  64. 64. metrosd 72,0 5,9936004,0 5021,7203 1 = = (4.1) metrosd 13,7 36004,0 5021,7203 2 = = (4.2) Isso demonstra que, para 50 segundos de fonte exposta, o balizamento da rea controlada (rea interna ao balizamento) era de 0,72 metros na direo atenuada pelo colimador, e 7,13 metros na direo no atenuada pelo colimador. No medidor de radiao Geiger-Mller, o valor observado da taxa de dose no podia ultrapassar o valor calculado de M, de acordo com a Equao 3.2 do Captulo 3: hmSvM /28,0 014,0 4,0 = (4.3) Na tcnica PD-VD (parede dupla vista dupla), cada junta recebeu duas exposies. Em relao a um mesmo ponto, eram duas exposies a 90, atenuadas pelo colimador (FR = 99,5 x), e com o cone radioativo direcionado para o solo. Na tcnica PD-VS (parede dupla vista simples), cada junta foi radiografada com quatro exposies. Portanto, em relao a um mesmo ponto, eram duas exposies atenuadas pelo colimador (FR = 99,5 x) e duas atenuadas pela dupla parede do tubo e pela atenuao do abafador de chumbo tipo placa. Foi utilizada a tcnica em x, comumente usada quando se trabalha com tubulaes. Em tubulaes na horizontal tem-se o feixe radioativo colimado direcionado em duas exposies para o solo e duas exposies para cima, e considera-se nos clculos duas exposies com dupla parede do tubo (acrescido de abafador de chumbo) e duas exposies com colimador. Em tubulaes na vertical, tem-se a mesma situao, porm com feixe girando 360, de 90 em 90, em linha reta, na altura do cordo de solda. 53
  65. 65. Assim, foi construda a Tabela 4.2, que genrica e conservativa para vrios tempos de exposio em relao a vrias atividades de uma fonte hipottica colimada (99,5 x) de 75 Se, de tal modo que a dose equivalente para indivduos do pblico no exceda o limite derivado dirio de 0,004 mSv/dia (0,4 mR/dia). As distncias da Tabela 4.2 foram as utilizadas para o balizamento fsico, (considerando as atividades de 75 Se comumente utilizadas na tcnica de CR), o qual separa a rea controlada liberada aos IOE de radiografia industrial da rea livre, liberada para indivduos do pblico. As frmulas utilizadas foram as Equaes 3.3 e 3.4 do Captulo 3, para a tcnica PD-VS. Tabela 4.2: Raios genricos de isolamento para 75 Se tcnica PD-VS digital. Atividade da fonte de 75 SeTempo 370 GBq (10 Ci) 259 GBq (7 Ci) 111 GBq (3 Ci) 11,1 GBq (0,3 Ci) Horas Minutos Distncia de isolamento (m) 0,02 1 0,9 0,8 0,5 0,2 0,08 5 2 2 1 0,4 0,17 10 3 2 2 0,5 0,25 15 4 3 2 0,6 0,50 30 5 4 3 0,9 1,00 60 7 6 4 1,2 1,50 90 9 7 5 1,5 2,00 120 10 8 6 1,7 4.2.2 BALIZAMENTO DE REAS PARA O 75 SE, TCNICA CONVENCIONAL Seguindo a mesma metodologia de clculos do item anterior, foi construda a Tabela 4.3, que genrica e conservativa para vrios tempos de exposio em relao a vrias atividades de uma fonte hipottica colimada (99,5 x) de 75 Se, de tal modo que a dose equivalente para indivduos do pblico no exceda o limite derivado dirio de 0,004 mSv/h (0,4 mR/dia). As distncias da Tabela 4.3 foram as uti