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PROCEDIMENTOS DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA EM APLICAÇÕES
INDUSTRIAIS DA RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA
Josilto Oliveira de Aquino
Orientador: Ricardo Tadeu Lopes
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de
Pós-graduação em Engenharia Nuclear, COPPE,
da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários a obtenção do
título de Doutor em Engenharia Nuclear.
Orientador: Ricardo Tadeu Lopes
Rio de Janeiro
Março de 2009
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Aquino, Josilto Oliveira de
Procedimentos de Proteção Radiológica em Aplicações
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.
Referências Bibliográficas: p. 66 - 69.
1. Proteção Radiológica 2. Aplicações Industriais 3.
Radiografia Computadorizada. I. Lopes, Ricardo Tadeu. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa
de Engenharia Nuclear. III. Título (série).
iii
A minha mãe Josefa, minha esposa Eliane
e meu filho João Pedro
iv
AGRADECIMENTOS
À Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), em especial à dra. Maria Helena
Maréchal, pela oportunidade de realização deste trabalho.
Ao Programa de Pós-Graduação da COPPE/UFRJ, pelos conhecimentos técnico-
científicos ministrados e, em particular, ao dr. Ricardo Tadeu Lopes, orientador da tese,
pelo apoio e contribuições relevantes para a realização deste trabalho.
Às instituições ARCTEST e TOPCHECK, pela constante colaboração.
À dra. Adriana T. Ramalho (IRD/CNEN), pela constante e inestimável colaboração
durante as discussões e sugestões para a composição do texto.
Aos colegas da Divisão de Aplicações Industriais – DIAPI/CGMI/CNEN, pela
compreensão durante o período de elaboração da tese.
Aos colegas do Serviço de Radioproteção em Instalações Radiativas −
SERIR/IRD/CNEN − João Carlos Leocádio e Ronaldo D’Ávila, pela colaboração e
contribuições importantes para o trabalho.
Aos profissionais Mário de Boita, Catalão e Antônio Deoclécio (ARCTEST), e
Alexandre Lima (TOPCHECK), pelas discussões, colaboração e contribuições
relevantes para o trabalho.
À minha mãe, Josefa, que sempre me estimulou a estudar.
À minha família, pelo incentivo e orgulho sempre demonstrado.
À minha esposa, Eliane, que sempre me estimulou para a realização do doutorado, e,
principalmente, pelo amor, paciência e tolerância nesse período.
Ao meu filho João Pedro, que pacientemente dividiu o tempo com este estudo.
v
A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para o êxito deste trabalho.
E, principalmente, a DEUS, porque sei que acima de todas as coisas, Ele é
verdadeiramente fiel. ....“Posso todas as coisas naquele que me fortalece”. Filipenses
4:13.
vi
Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)
PROCEDIMENTOS DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA EM APLICAÇÕES
INDUSTRIAIS DA RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA
Josilto Oliveira de Aquino
Março/2009
Orientador: Ricardo Tadeu Lopes
Programa: Engenharia Nuclear
Devido às características tão especiais da radiografia industrial, tal prática é responsável
por aproximadamente metade de todos os acidentes relacionados com a indústria nuclear,
tanto em países desenvolvidos como nos em desenvolvimento, segundo estatística de
acidentes radiológicos registrada pela Agência Internacional de Energia Atômica
(AIEA). Por tal motivo, segurança e proteção radiológica, em radiografia industrial, vêm
recebendo cada vez mais atenção por parte dos órgãos reguladores. O objetivo global do
presente trabalho foi avaliar, do ponto de vista da radioproteção, as principais vantagens
da radiografia computadorizada (CR) nas aplicações da radiografia industrial. Para tanto,
avaliou-se e comparou-se, através de estudos práticos, as técnicas de radiografia
industrial convencional com filme radiográfico e a computadorizada (CR). Após a
análise dos estudos realizados, pode-se afirmar que a radiografia computadorizada (CR)
reduz significativamente as doses inerentes, refletindo em menor balizamento de áreas e
custos, com consequente melhoria na radioproteção e na segurança radiológica.
vii
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
SUMÁRIO
Capítulo 1 - Introdução ....................................................................................................1
1.1 Objetivos...............................................................................................................2
Capítulo 2 - Fundamentação Teórica ...............................................................................3
2.1 Ensaios Não 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 Radiográficos................................................................................6
2.2.4 Técnicas de Exposição Radiográfica........................................................6
2.3 Radiografia Computadorizada (CR).....................................................................9
2.4 Aplicações Industriais da Radiografia Computadorizada ..................................12
2.5 Aferição 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 Comparação Entre as Radiografias Convencional e Digital ..............................18
2.6.1 Equipamentos Específicos À 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 Identificações..........................................................................................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 Impressão de Imagens ............................................................................24
2.6.8 Vantagens Logísticas da Técnica Digital (CR) ......................................24
ix
2.7 Proteção radiológica...........................................................................................25
2.7.1 Definição ................................................................................................25
2.7.2 Finalidades da Proteção Radiológica......................................................25
2.7.3 Princípios da Proteção Radiológica........................................................25
Capítulo 3- Materiais e Métodos....................................................................................27
3.1 Levantamento de Dados e Elaboração dos Inventários......................................27
3.1.1 Instalações de Radiografia Industrial no País.........................................28
3.1.2 Radionuclídeos Usados em Radiografia Industrial no País....................28
3.1.3 Empresas Prestadoras de Serviços de Radiografia Digital.....................28
3.2 Estudos na Refinaria Alberto Pasqualini − REFAP S/A...................................28
3.2.1 Fontes de Radiação 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 Acessórios Convencionais Utilizados pela EMPRESA A.......................31
3.2.2.1 Acessórios para as Radiografias com
75
Se e
192
Ir na REFAP..31
3.2.2.2 Acessórios para as Radiografias com Raios X na REFAP......31
3.2.3 Equipamentos e Sistemas de CR da EMPRESA A .................................32
3.2.4 Dosímetros 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 Cálculo do Balizamento de Áreas para o
75
Se − REFAP.......................39
3.2.9 Radiografias Digitais com Raios X........................................................41
3.2.10 Cálculo do Balizamento de Áreas 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 Cálculo do Balizamento de Áreas para o
192
Ir – REFAP .....................47
3.3 Estudo da Aplicação de
169
Yb em CR Industrial...............................................48
3.3.1 Equipamentos Utilizados na REPLAN...................................................50
3.3.2 Arranjos Experimentais na REPLAN.....................................................50
Capítulo 4 - Resultados ..................................................................................................51
x
4.1 Levantamento de Dados e Elaboração dos Inventários......................................51
4.1.1 Instalações de Radiografia Industrial no País.........................................51
4.1.2 Radionuclídeos Usados em Radiografia Industrial no País....................52
4.1.3 Empresas Prestadoras de Serviços de Radiografia Digital.....................52
4.2 Estudos na Refinaria Alberto Pasqualini − REFAP S/A...................................52
4.2.1 Balizamento de Áreas para o
75
Se, Técnica Digital (REFAP) ..............52
4.2.2 Balizamento de Áreas para o
75
Se, Técnica Convencional ....................54
4.2.3 Balizamento de Áreas para Raios X, Técnicas Digital e Convencional
(REFAP) ..............................................................................................................................55
4.2.4 Balizamento de Áreas para o
192
Ir, Técnica Digital (REFAP) ..............57
4.2.5 Balizamento de Áreas para o
192
Ir, Técnica Convencional ....................59
4.2.6 Resultados dos Experimentos com Dosímetros TLD...............................60
4.3 Resultados da Aplicação de
169
Yb em CR Industrial .........................................60
Capítulo 5 - Conclusões e Recomendações....................................................................63
5.1 Conclusões..........................................................................................................63
5.2 Recomendações..................................................................................................65
Referências Bibliográficas..............................................................................................66
xi
LISTA DE SÍMBOLOS
ALARA – “As low as reasonably achievable”
ASME – American Society of Mechanichal Engineers
ASTM – American Society for Testing and Materials
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
CEN – European Committee for Standardization
CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear
CSR – Camada semiredutora
DIN – Deutsche Institute for Normalization
END – Ensaios Não-Destrutivos
IAEA – Agência Internacional de Energia Atômica
ICRP – International Commission on Radiological Protection
IOE – Indivíduo ocupacionalmente exposto
IP – Imaging plate (placa de imagem com fósforo)
IQI – Indicador de Qualidade da Imagem
IPEN – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
IRD – Instituto de Radioproteção e Dosimetria
ISO – International Organization for Standardization
PD-VD – Parede dupla – vista dupla
PD-VS – Parede dupla – vista simples
PSL – Luminescência fotoestimulada
CR – Radiografia computadorizada
REFAP – Refinaria Alberto Pasqualini
REPLAN – Refinaria de Paulínia
RIA – Responsável por Instalação Aberta
SIR – Sistema de Instalações Radiativas
SMTPE – Society of Motion Picture and Television Engineers
SPR – Supervisor de Proteção Radiológica
TLD – Dosímetro termoluminescente
xii
CAPÍTULO 1
1 INTRODUÇÃO
O uso das radiações ionizantes em medicina, indústria e pesquisa vem se
desenvolvendo rapidamente no mundo. Isso ocorre tanto na área de saúde, quando é
realizado um diagnóstico ou um tratamento de alguma patologia, utilizando-se
práticas de radiodiagnóstico, de medicina nuclear ou de radioterapia, quanto na área
de indústria, quando se objetiva um controle de qualidade de produtos industriais ou
tornar um produto mais confiável para consumo, utilizando-se práticas com medidores
nucleares, radiografia industrial, perfilagem de poços de petróleo, aceleradores de
partículas e irradiadores de grande porte.
No Brasil, de acordo com os dados obtidos em levantamento realizado no presente
trabalho junto à Comissão Nacional de Energia Nuclear − CNEN, as aplicações das
radiações ionizantes na indústria são realizadas em cerca de 1.400 instalações
radiativas, as quais manuseiam aproximadamente 7.000 fontes de radiação,
distribuídas nas mais diversas aplicações industriais.
Ainda de acordo com o levantamento acima citado, a prática de radiografia industrial
representa 12% do total de instalações radiativas, sendo tal percentual responsável
pelo uso de cerca de 430 equipamentos geradores de raios X e 300 equipamentos de
gamagrafia industrial.
As instalações de radiografia industrial realizam serviços em diversas localidades,
incluindo recintos blindados − bunkers − e operações em campo, em áreas urbanas ou
em regiões remotas e desabitadas do País.
Atualmente é praticamente impossível pensar-se na atividade industrial sem a
radiografia, pois esse tipo de ensaio não destrutivo − END − assegura a integridade de
equipamentos tais como vasos, tubulações e outras estruturas, sendo considerada de
importância vital na segurança e qualidade, tanto dos produtos quanto do meio
ambiente, para trabalhadores e público em geral.
1
Devido às características tão especiais da radiografia industrial, tal prática é
responsável por aproximadamente metade de todos os acidentes relacionados com a
indústria nuclear, tanto em países desenvolvidos como nos em desenvolvimento,
segundo estatística de acidentes radiológicos registrada pela Agência Internacional de
Energia Atômica (IAEA, 1998). Por tal motivo, segurança e proteção radiológica, em
radiografia industrial, vêm recebendo cada vez mais atenção por parte dos órgãos
reguladores dos países membros das Nações Unidas. Tal assunto foi tratado com
ênfase em uma publicação da IAEA (1999).
A radiografia industrial pode ser realizada através de equipamentos geradores de raios
X ou de irradiadores de gamagrafia, equipamentos estes que utilizam fontes radioativas
de irídio-192, selênio-75, itérbio-169, césio-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 proteção
radiológica, as principais vantagens da radiografia computadorizada (CR) nas
aplicações da radiografia industrial. Para tanto, avaliou-se e comparou-se as doses
inerentes às técnicas de radiografia industrial computadorizada e convencional com
filme radiográfico, utilizando-se estudos práticos e dosímetros termoluminescentes
(TLD) para o registro das doses envolvidas com as respectivas técnicas. Assim,
pretendeu-se contribuir para a melhoria da proteção radiológica no País, dentro da
filosofia de segurança recomendada pela IAEA (1996). Para tanto, as seguintes etapas
específicas foram estabelecidas:
• Fazer um levantamento das empresas prestadoras de serviços de radiografia
industrial (instalações abertas e fechadas) existentes no País e das atividades das
fontes radioativas utilizadas em gamagrafia industrial no País;
• Em estudo in loco em uma planta industrial, avaliar as doses inerentes à técnica da
radiografia industrial convencional com dosímetro e as doses inerentes à técnica
da radiografia industrial computadorizada (CR), comparando-as;
• Em estudo in loco em outra unidade industrial, avaliar a viabilidade da aplicação
de itérbio-169 em radiografia computadorizada (CR).
2
CAPÍTULO 2
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1 ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS
Os ensaios não destrutivos − END − são ensaios realizados em materiais e produtos
acabados ou semi-acabados, para verificar a possível existência de descontinuidades ou
defeitos (PETROBRAS, 2000). Operam através de princípios físicos definidos, sem
alterar as características físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais dos materiais e
produtos, e sem interferir em seu uso posterior.
Por não danificarem os itens que estão sendo objeto de inspeção, os END constituem
uma das principais ferramentas de controle da qualidade de materiais e produtos.
Contribuem para garantir a qualidade, prevenir acidentes, reduzir riscos à saúde humana
e custos finais de fabricação, aumentando a confiabilidade da inspeção. São utilizados
na fabricação, montagem, inspeção em serviço e manutenção, sendo largamente
aplicados em soldas, fundidos, forjados, laminados, plásticos, concretos, entre outros,
em vários setores industriais, tais como petróleo, petroquímico, nuclear, aeroespacial,
siderúrgico, ferroviário, naval, eletromecânico, automotivo e de mineração.
Para se obter resultados satisfatórios e válidos, a escolha do método de ensaio
apropriado deve ser considerada como questão fundamental. Para a detecção de
descontinuidades ou defeitos que se localizem internamente nos materiais e produtos,
são utilizados os ensaios de ultrassom e radiografia (raios X e gama).
Dentre os END, a radiografia industrial destaca-se como técnica valiosa na obtenção de
informações qualitativas sobre as condições internas dos materiais e qualidade das
soldas executadas.
2.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM RADIOGRAFIA INDUSTRIAL
Existe no mercado uma grande variedade de equipamentos para utilização em
radiografia industrial. Dentre eles podemos citar os equipamentos de raios X e os
equipamentos emissores de raios gama utilizados em gamagrafia industrial.
3
O uso de fontes de raios gama oferece algumas vantagens em relação aos equipamentos
emissores de raios X, tais como não necessitar de energia elétrica; possuírem pequenas
dimensões, o que permite o uso em locais inacessíveis aos aparelhos de raios X; e
apresentarem baixo custo.
2.2.1 FONTES RADIOATIVAS PARA GAMAGRAFIA INDUSTRIAL
Os requisitos mínimos aplicáveis às fontes de radiação gama para radiografia industrial
estão descritos no padrão ISO 2919 (1990), e satisfazem em geral aos requisitos
referentes ao material radioativo sob formas especiais (IAEA, 2000).
O radioisótopo mais utilizado em gamagrafia industrial convencional no País é o
192
Ir.
Em bem menor escala são também utilizados outros radioisótopos. 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 radioisótopo a ser utilizado depende das características do material a ser
radiografado, conforme mostra a Tabela 2.1, e depende também da técnica empregada,
se convencional ou digital.
Tabela 2.1: Radioisótopos mais utilizados em gamagrafia industrial (IAEA, 1999
a
).
Radioisótopo
Energias γ (keV)
Meia-Vida
Faixa adequada de
espessura de aço,
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 até 5
* Túlio-170, de acordo com GONZALES (2001) e PETTEN et al. (1999).
A alta sensibilidade das placas de imagem com fósforo 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
segurança e da proteção radiológica, porque leva ao uso de fontes com baixa atividade
(SERRA et al., 2005). Na gamagrafia digital, as fontes mais utilizadas são as de
75
Se.
4
2.2.2 IRRADIADORES UTILIZADOS EM GAMAGRAFIA INDUSTRIAL
Os irradiadores de gamagrafia industrial necessitam dos respectivos acessórios:
comandos, cabos e mangueiras. A grande maioria dos irradiadores para gamagrafia
industrial em uso no País são classificados como portáteis panorâmicos. Esta última
característica refere-se aos irradiadores cuja fonte é mecanicamente projetada para fora
da blindagem, no momento da exposição (AQUINO, 2003).
Na Fig. 2.1 encontram-se ilustrados − agrupados pelos quatro fabricantes − os modelos
de irradiadores de
192
Ir utilizados no País, principalmente pelas empresas prestadoras de
serviços em gamagrafia industrial. Os modelos Sentinel série 880 podem armazenar
também fontes de selênio e itérbio, e o modelo Gammamat SE armazena somente fontes
de selênio, também utilizadas em gamagrafia industrial.
FIG. 2.1 - Exemplos dos modelos dos quatro fabricantes de irradiadores
portáteis panorâmicos de gamagrafia industrial existentes no Brasil.
5
2.2.3 FILMES RADIOGRÁFICOS
Os filmes industriais são 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 radiográficos.
Norma
ASTM E747 ISO 5579
Fabricante Tipo de filme Características
Kodak
M5/T200/MX125
Foma
R4/R5
Fuji
50/80
Tipo I Tipo T2
Agfa
D4/D5
Baixa velocidade;
contraste muito alto;
granulação muito fina.
Kodak
AA400
Foma
R7
Fuji
100
Tipo II Tipo T3
Agfa
D7
Média velocidade;
constraste alto;
Granulação fina.
2.2.4 TÉCNICAS DE EXPOSIÇÃO RADIOGRÁFICA
As disposições e arranjos geométricos entre a fonte de radiação, a peça sob inspeção e o
filme devem seguir algumas técnicas, de modo que permitam uma imagem radiográfica
de fácil interpretação e localização das descontinuidades.
A técnica PS-VS – parede simples - vista simples – é a técnica radiográfica em que a
radiação atravessa apenas uma das paredes do tubo, proporcionando, para efeito de
análise, a imagem da parede próxima à tela.
Quanto ao tipo de exposição, pode ocorrer de duas maneiras:
• Exposição múltipla: é aquela em que mais de uma tela é exposta por vez à fonte de
radiação. A exposição panorâmica é um tipo de exposição múltipla. A Figura 2.2
ilustra esta técnica.
• Exposição simples: é aquela em que apenas uma tela é exposta por vez à fonte de
radiação. A Figura 2.3 ilustra esta técnica.
6
Exposição Múltipla do tipo Panorâmica – PS-VS-P
Tela
Tela
FIG. 2.2 – Exposição múltipla do tipo panorâmica – PS-VS.
Exposição Simples – PS-VS
Tela Tela
Tela Tela
FIG. 2.3 – Exposição simples – PS-VS.
Na técnica PD-VS (parede dupla - vista simples) o feixe de radiação atravessa duas
paredes da peça, mas projeta no filme somente a seção da peça que está próxima ao
filme. Freqüentemente essa técnica é utilizada em inspeções de juntas soldadas que não
possuam acesso interno, tais como tubulações com diâmetro maior que 3 ½”. A Figura
2.4 ilustra esta técnica.
7
Exposição Simples – PD-VS
Tela Tela
Tela Tela
FIG. 2.4 – Exposição simples – PD-VS – “bico colado” e “com distância”.
Na técnica PD-VD (parede dupla - vista dupla) o feixe de radiação também atravessa
duas espessuras da peça. Porém, projeta no filme as duas imagens da peça, as quais
serão objeto de interesse. É freqüentemente utilizada em inspeções de juntas soldadas
em tubulações com diâmetro menor que 3 ½”. A Figura 2.5 ilustra ambas as técnicas.
Exposição Simples – PD-VD
TelaTela
FIG. 2.5 – Exposição simples – PD-VD.
8
2.3 RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA (CR)
Os sistemas de radiografia computadorizada − CR − consistem na radiografia digital
sem a utilização dos tradicionais filmes radiográficos, os quais exigem, antes da
utilização, uma preparação com identificações, e, posteriormente, processamento
químico para a revelação. Denominados filmless radiography em inglês, inicialmente os
sistemas de radiografia computadorizada − CR − desenvolveram-se na área médica, há
cerca de 20 anos. Até o presente momento, entretanto, a CR não foi capaz de substituir
inteiramente a radiografia convencional em todas as aplicações, embora aplicações
adicionais venham tornando-se factíveis.
A radiografia computadorizada (CR) pode ser realizada através de dois métodos:
(a) Tempo real (método direto): Utilizam-se de placas de semicondutores conectadas
diretamente a computadores;
(b) Tempo próximo (método indireto): Utilizam-se de sensores (placas ou telas) de
partículas de compostos de fósforo, as quais são ativadas através da radiação ionizante.
Tais partículas posteriormente são excitadas por um feixe de laser, emitindo luz, a qual
é captada em um dispositivo fotomultiplicador leitor de imagem (escâner), gerando uma
imagem digital que é exposta em uma tela de computador.
O segundo método é mais econômico e prático do ponto de vista operacional, e vem
sendo cada vez mais utilizado nos países do primeiro mundo com níveis satisfatórios de
qualidade, atendendo a critérios técnicos específicos (EWERT, 2002).
Os sistemas CR por tempo próximo utilizam placas de imagem com fósforo foto-
estimulável − placas IP (imaging plates) − que absorvem grande parcela da energia dos
fótons de radiações ionizantes. Dessa forma, as placas IP são receptores de imagem
digital.
Uma imagem digital consiste de uma matriz na qual a cada elemento − ou pixel (picture
element) − é atribuído um valor numérico que corresponde a uma determinada
tonalidade de cinza, do branco ao preto. A escala de cinza é determinada em função do
número máximo de bits que podem ser armazenados em um pixel: 8 bits resulta 255
tonalidades (2
8
– 1); 16 bits, 4.095 tonalidades (2
12
– 1).
9
A escala de cinza determina o grau de contraste que pode ser obtido nas imagens. O
tamanho da matriz, ou seja, o número total de pixels, geralmente depende da aplicação e
da capacidade do sistema que forma a imagem. O tamanho de cada pixel é de extrema
importância para a qualidade da imagem. Todas as estruturas dentro de uma
determinada área coberta por um pixel são representadas por um único valor. Assim,
quanto menor a área do pixel e maior o tamanho da matriz, melhor a qualidade da
imagem.
Os sistemas disponíveis de placas de imagem com fósforo (placas IP) − bem como os
correspondentes escâneres a laser para a leitura digital das imagens − distinguem
diferenças na dose de radiação que equivalem a mais níveis de cinza do que o olho
humano é capaz de distinguir.
Tal ocorre principalmente devido à alta sensibilidade da CR, que acarreta menores
tempos de exposição, e também devido ao processamento e análise digitais. Estão sendo
desenvolvidos padrões que definem os limites para as aplicações da CR, os quais
dependem das propriedades da instrumentação utilizada (CEN 2001
a
).
O procedimento de exposição nos sistemas CR é análogo ao utilizado para os filmes
radiográficos. A placa de imagem com fósforo − placa IP − é acondicionada em um
chassi e, após a exposição, é colocada em uma unidade especial de leitura, que é um
escâner a laser, que produz uma imagem digital sem a necessidade de processamentos
adicionais, tais como a revelação do filme. No escâner a laser, para a conversão dos
sinais analógicos em digitais, a placa IP é varrida por um feixe de raios laser que
estimula a emissão de luz. Um tubo fotomultiplicador produz os sinais eletrônicos que,
então, são digitalizados e expostos na tela de um computador. Para processamento da
imagem, os sistemas CR são integrados com um sistema de arquivamento e
comunicação de imagens.
Após a leitura, a placa IP é exposta à luz, no escâner, para que seja removida toda a
energia residual. Após apagar-se oticamente a imagem virtual, a mesma placa IP pode
ser reciclada mais de mil vezes, conforme ilustra a Fig 2.6.
10
Filtro
Estação de
processamento
Saída de
dados
Escaneamento da placa IP, digitalização
e exlusão da imagem residual
Chassi
Ex
p
osi
ç
ão
Placa
IP
Es
p
osi
ç
ão da
p
laca IP
O CICLO DA PLACA IP
FIG. 2.6 - Ciclo de obtenção de imagens digitais na CR. As placas de imagem
podem ser expostas, lidas e apagadas diversas vezes (EWERT, 2002).
Uma placa de fósforo − placa IP − consiste de um polímero de suporte flexível, coberto
com uma camada sensível. A superfície é coberta com uma fina camada protetora
transparente. A camada sensível das placas IP dos sistemas mais comuns de CR consiste
de uma mistura de BaFBr dotada com Eu
2+
. Fótons de raios X ou gama iniciam
transições de elétrons na matriz do cristal. Os elétrons são excitados da banda de
valência para a banda de condução (EWERT, 2002), na transição de Eu
2+
para Eu
3+
. Os
elétrons da banda condutora são aprisionados em armadilhas em locais vazios da matriz
de Br, denominados centros F. Os elétrons irão retornar para a banda de valência após a
excitação por luz visível. Esse processo é descrito como luminescência foto-estimulada
(PSL), o qual é 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 excitação pela luz na faixa de 600-700 nm
(vermelha).
11
As vantagens da tecnologia IP são (EWERT, 2002): alta linearidade; alta faixa dinâmica
(>10
5
); alta sensibilidade; reutilização de cerca de 1.000 ciclos; ausência de processo de
revelação em câmara escura; e possibilidade de processamento digital da imagem.
As desvantagens da tecnologia IP são (EWERT, 2002): resolução espacial limitada; alta
sensibilidade na faixa de baixa energia; e sensibilidade à radiação de espalhamento.
2.4 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS DA RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA
Há mais de 100 anos que a radiografia industrial baseia-se na utilização de filmes
radiográficos. No Brasil, no ano de 2000 foram iniciadas pesquisas para a adaptação dos
sistemas de CR para a indústria (JOSÉ et al., 2002), buscando inicialmente atender às
exigências de plantas de processo, principalmente refinarias de petróleo e indústrias
petroquímicas. Após o desenvolvimento inicial, a técnica passou a ser utilizada
comercialmente no início de 2001, em avaliações de integridade de tubulações em
refinarias e plantas petroquímicas.
Devido aos bons resultados técnicos apresentados com relação à detecção de
descontinuidades, a radiografia computadorizada (CR) apresenta-se como uma
alternativa racional para a inspeção de componentes de tubulações, principalmente
juntas soldadas. As principais aplicações da CR são a verificação de estados físicos, tais
como corrosão, erosão e perdas de espessura (JOSÉ et al., 2002).
A Fig. 2.7 mostra a principal vantagem da CR. Ambas as imagens foram produzidas por
exposições similares, nas mesmas condições. Apresentam-se diferentes apenas em
relação aos ajustes de contraste e brilho. Nenhuma outra forma de processamento da
imagem foi aplicada. Essa característica da técnica CR reduz o número de exposições de
objetos com elevada diferença de espessura das paredes, e compensa os tempos de
exposição erroneamente calculados. O número dos chamados “testes de exposição”
também pode ser diminuído, e eventualmente suprimido (EWERT, 2002).
12
(a) (b)
FIG. 2.7 - Radiografia de um aparelho elétrico (secador-de-cabelos) por CR.
Esquerda (a): O histograma mostra o ajuste de contraste e brilho, otimizado para plásticos.
Direita (b): O ajuste foi otimizado para metais.
As novas possibilidades de aplicações da CR incorporam o risco de mau uso da
tecnologia. Para limitar esse risco e evitar uma queda na probabilidade de detecção das
descontinuidades, são necessários padrões com recomendações especiais. Tais padrões
vêm sendo desenvolvidos em diversos países. Trabalhos pioneiros foram desenvolvidos
nos EUA pela American Society for Testing and Materials (ASTM, 2005
a
; 2005
b
) e na
Europa pelo European Committee for Standardization (CEN 2001
a
).
O padrão mais detalhado e restritivo foi elaborado pelo CEN (2001
b
). Ele define uma
série de requisitos mínimos para a aplicação da CR, para torná-la comparável à
radiografia convencional com filme, quando esta última for realizada correspondendo
ao padrão da International Organization for Standardization − ISO 5579 (1998). A
idéia principal da publicação do CEN (2001
b
) é a aplicação de Indicadores de Qualidade
da Imagem (IQI, ver Seção 2.5). A padronização para a qualificação dos sistemas está
sob desenvolvimento conjunto pela ASTM e pelo CEN. Os padrões objetivam fazer
com que a CR seja comparável à radiografia convencional.
13
Uma aplicação típica da tecnologia CR é a inspeção radiográfica da corrosão. A Fig. 2.8
apresenta um exemplo típico (EWERT, 2002). A tubulação possui isolamento térmico, e
este é coberto com um envelope de alumínio. A inspeção radiográfica pode ser realizada
sem que o isolamento seja removido. Isso representa uma vantagem considerável em
relação aos outros métodos conhecidos. A inspeção radiográfica de corrosão em
tubulação e a avaliação da espessura da parede é, especialmente em indústrias químicas,
uma das grandes técnicas de ensaios não destrutivos − END − para manutenção
preventiva.
FIG. 2.8 - Radiografia computadorizada (CR) de uma tubulação com isolamento.
A espessura da parede pode ser medida e não se observa corrosão (EWERT, 2002).
Existem diferentes sistemas de CR, e similarmente à radiografia convencional, o
sistema apropriado deve ser escolhido de acordo com a aplicação específica. Embora os
fabricantes possam deixar a impressão de que podem oferecer um sistema universal para
todas as aplicações, tal fato não é correto.
A técnica CR pode ser aplicada com 5-10% do tempo de exposição da radiografia
convencional com filme, dependendo do contraste e da resolução espacial requeridos.
14
Por exemplo, a aplicação do sistema filme/
192
Ir, a qual requer duas horas de tempo de
exposição, em muitos casos não é aceitável. Em contrapartida, placas de imagem IP
espessas podem ser expostas em apenas cerca de 10 minutos, que é um tempo aceitável.
A discutida vantagem de menores tempos de exposição para as placas IP em
comparação com o filme radiográfico aplica-se somente à inspeção 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 resolução pode necessitar do mesmo tempo que as aplicações de
radiografia convencional com filme, mas apresentam a vantagem da digitalização
imediata da imagem. As placas IP de alta resolução podem ser utilizadas para aplicações
com energias baixas e inspeção em soldas (EWERT, 2002).
2.5 AFERIÇÃO DA QUALIDADE DA IMAGEM
Para que se possa julgar a qualidade da imagem de uma certa radiografia são
empregadas pequenas peças chamadas Indicadores de Qualidade de Imagem (IQI),
colocadas sobre o objeto radiografado. Os IQI são também chamados “penetrâmetros”.
O IQI é uma pequena peça construída com um material radiograficamente similar ao do
material da peça ensaiada, com uma forma geometricamente simples, e que contém
algumas variações de forma bem definidas, tais como furos ou entalhes. O tipo ou
norma de fabricação do IQI deve ser aquela que o projeto de construção do equipamento
a ser radiografado requerer, ou mesmo especificações contratuais.
2.5.1 IQI ASME E ASTM TIPO FUROS
Os IQI norte-americanos mais comuns consistem em uma fina placa de metal contendo
três furos com diâmetros calibrados. Os IQI adotados pelas normas ASME, Section V
SE-1025 (2006) ou ASTM E-1025 (2005
c
) possuem três furos, cujos diâmetros são 4T,
2T e 1T, onde “T” corresponde à espessura do IQI. Nesses IQI, a sensibilidade é igual a
2% da espessura da peça a ser radiografada.
Para avaliar a técnica radiográfica empregada, faz-se a leitura do menor furo visto na
radiografia. As classes de inspeção mais rigorosas são aquelas que requerem a
visualização do menor furo do IQI. Dessa forma, é possível se determinar o nível de
inspeção, ou seja, o nível mínimo de qualidade especificado para o ensaio.
15
FIG 2.9 - Exemplo de IQIs tipo furos.
O nível de inspeção é indicado por dois números. O primeiro representa a espessura
percentual do IQI; o segundo, o diâmetro do furo, que deverá ser visível na radiografia.
Os IQI tipo furos devem ser colocados sobre a peça ensaiada, com a face voltada para a
fonte de radiação, de modo que o plano do mesmo seja normal ao feixe de radiação.
Quando a inspeção for feita em soldas, o IQI deve ser colocado no metal de base,
paralelo à solda, e à distância mínima de 3 mm. No caso de inspeção de solda, é
importante lembrar que a seleção do IQI inclui o reforço, de ambos os lados da chapa.
Portanto, para igualar a espessura sob o IQI à espessura da solda, deverão ser colocados
calços sob o IQI, confeccionados com material radiograficamente similar ao do material
inspecionado. Para efeito de determinação da área de interesse, não devem ser
considerados os anéis 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 diâmetros diferentes, desde o mais fino até o mais grosso. São selados em um
envelope plástico transparente, contendo identificações e informações sobre o IQI.
16
FIG 2.10 - Exemplo de IQIs tipo fios.
O IQI deve ser colocado sobre a área de interesse. No caso de soldas, os fios devem
estar aproximadamente perpendiculares ao cordão de solda. A seleção do IQI deve ser
feita com base na espessura a ser radiografada, verificando qual o fio essencial que
deverá 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) é constituído por sete arames, dispostos paralelamente, e cujo material é
radiograficamente similar ao material ensaiado.
A relação entre o diâmetro do arame e seu número respectivo é descrito na referida
norma. Os arames foram divididos em três grupos, a saber: 1 a 7, 6 a 12 e 10 a 16.
Quanto maior o número, menor o diâmetro, o que determina os níveis de qualidade.
Cada IQI caracteriza-se por conter as seguintes informações: símbolo DIN; o número
62, o qual indica o ano de produção desse tipo de IQI; a abreviatura do material do
arame (por exemplo, Fe); o número do arame mais grosso (1, 6 ou 10); o símbolo da
norma ISO; e o número do arame mais fino (7, 12 ou 16).
17
O IQI DIN deve ser colocado sobre a solda ou área de interesse, com o fio essencial na
mesma direção do eixo principal de radiação, para garantir a maior sensibilidade
possível. Em geral, a projeção do fio essencial mais fino requer técnicas apuradas, como
filme mais sensível de granulação muito fina e distância fonte-filme maior. Sempre que
possível, o IQI deve ser colocado sobre a solda de forma que os arames estejam
perpediculares à linha da solda, e de forma que a imagem dele apareça na zona central
da radiografia. O número da qualidade de imagem é o número do arame mais fino
visível na radiografia. O número requerido é definido para cada faixa de espessura de
material. A classe de qualidade de imagem é função do rigor com que a inspeção deve
ser feita, e deve ser especificado pelo fabricante, código ou projeto do equipamento.
2.6 COMPARAÇÃO ENTRE AS RADIOGRAFIAS CONVENCIONAL E DIGITAL
2.6.1 EQUIPAMENTOS ESPECÍFICOS À RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA
(CR)
Além dos equipamentos comuns a ambas as técnicas, descritos anteriormente na seção
2.2, os equipamentos abaixo são específicos à técnica CR, e encontram-se ilustrados nas
Figs. 2.11 e 2.12:
• Microcomputador com gravador de mídia (CD), monitor de vídeo e impressora;
• Escâner a laser e leitor ótico, portátil, para o processamento das imagens.
FIG. 2.11 - Equipamentos específicos à técnica de radiografia computadorizada (CR):
microcomputador com monitor e escâner a laser com carrossel, portátil.
18
Escâner
portátil
Carrossel
Placa de
Fósforo
FIG. 2.12 - Escâner a laser portátil, 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 radiográficos na
seqüência descrita a seguir, e ilustrada na Fig. 2.13:
(a) Escolher o écran de chumbo e limpá-lo;
(b) Preencher a etiqueta e colar ao écran de sal;
(c) Colar a etiqueta, junto com écran de sal, ao écran de chumbo;
(d) Levar o écran para câmara escura, e montá-lo com o filme;
(e) Colocar o écran e o filme em um chassi; (f) Identificar o chassi, pelo lado externo,
com a etiqueta.
19
(f) (e)
(d) (c)
(b) (a)
FIG. 2.13 - Preparação dos filmes radiográficos para a radiografia convencional.
2.6.2.2 RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA (CR)
Para a radiografia computadorizada, é necessário preparar a placa IP (Fig 2.14). Tal
placa, a qual substitui o filme convencional, não é sensível à luz antes de ser exposta à
radiação ionizante. Portanto, ela não velará se for removida do chassi antes da
exposição radiográfica, como acontece com o filme convencional.
20
FIG 2.14 - Preparação da placa IP para a radiografia digital.
2.6.3 IDENTIFICAÇÕES
Ao comparar-se as identificações obtidas com o filme radiográfico convencional com as
obtidas pelo sistema digital, constata-se que pode-se agregar mais informações nas
imagens obtidas com o sistema digital. Nas Figs 2.15 e 2.16 encontram-se exemplos
comparativos das identificações com ambas as técnicas.
FIG. 2.15 - Exemplo de identificações na radiografia convencional.
21
FIG. 2.16 - Exemplo de identificações na radiografia digital.
2.6.4 PROCESSAMENTO DOS FILMES RADIOGRÁFICOS
Para a radiografia convencional, necessita-se de uma câmara escura, com sala à prova
de luz, climatizada, com água corrente para lavagem de filmes e luzes especiais
vermelhas. O espaço físico mínimo necessário é de aproximadamente 18 m
2
.
Para o sistema computadorizado (CR), necessita-se, para o processamento das placas IP,
de escâneres portáteis. São necessários apenas dois a cinco minutos para obter-se a
leitura da placa, com a imagem já na tela, completando um ciclo de processamento. A
área mínima necessária para a instalação dos equipamentos é de 2,5 m
2
, conforme o
exemplo anteriormente mostrado na Fig. 2.11.
2.6.5 LAUDAGEM DE FILMES
O laudo é o parecer do perito laudista. Além da sensibilidade e experiência deste, para
laudar-se um filme convencional (Fig. 2.17) necessita-se dispor dos itens relacionados
abaixo:
• Acuidade visual e negatoscópio para leitura e interpretação;
• Lupas de aumento para melhor visualizar descontinuidades;
• Réguas para a mensuração das descontinuidades;
• Densitômetro e fita densitométrica, para a avaliação de densidades dos filmes.
22
FIG. 2.17 - Exemplo de laudagem na radiografia convencional.
Para auxílio na laudagem no sistema computadorizado (CR), necessita-se das
ferramentas de auxílio à interpretação de imagens contidas no software, tais como:
• Possibilidade de inversão de imagens, que propicia melhor visualização das
possíveis descontinuidades, tais como (a) negativo para positivo; (b) baixo relevo; e
(c) positivo em baixo relevo;
• Medição de tamanhos de descontinuidades: (a) lupa digital para ampliação das
descontinuidades: a radiografia é ampliada somente na região de interesse, com a
medição da descontinuidade; (b) caixa de ferramentas para escrita e/ou desenhos,
com as seguintes possibilidades: caixas para demarcar áreas; linhas, setas
indicativas, escritos e desenhos coloridos; e medição de ângulos.
2.6.6 ARMAZENAMENTO E GUARDA DE IMAGENS
O armazenamento de filmes convencionais requer grandes espaços físicos e cuidados
especiais para armazená-los. Já na radiografia computadorizada (CR) as imagens são
armazenadas em mídia digital (Fig. 2.18). A capacidade de armazenamento de um
compact disk (CD), por exemplo, é de cerca de 500 imagens, o que equivale a mais de
cinco caixas de filmes convencionais.
23
FIG. 2.18 - Armazenamento de imagens.
À esquerda, filmes radiográficos convencionais; à direita, CD utilizado na radiografia digital.
2.6.7 IMPRESSÃO DE IMAGENS
As imagens obtidas com a técnica CR podem ser impressas em impressoras comuns.
Podem ser assim repassadas diretamente às frentes de trabalho, para serem efetuados os
possíveis reparos, com todas as indicações de descontinuidades. As imagens geradas
podem ser também enviadas via internet.
2.6.8 VANTAGENS LOGÍSTICAS DA TÉCNICA DIGITAL (CR)
Em resumo, a utilização da técnica CR traz diversas vantagens logísticas em relação à
técnica convencional:
• Economia de espaços físicos, ao eliminar as etapas de revelação e fixação dos filmes
convencionais, dispensando a câmara escura;
• Ausência de utilização de produtos químicos e do descarte de rejeitos;
• As imagens são geradas nos monitores de computadores pessoais;
24
• Menores tempos na obtenção de resultados, com maior produtividade em campo;
• Maior interação entre executores e usuários;
• Possibilidade de reutilização das placas de fósforo (placas IP);
• Menor tempo de exposição: as telas de fósforo são sensibilizadas com até 20 vezes
menos radiação do que os filmes tipo II.
2.7 PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
2.7.1 DEFINIÇÃO
É o conjunto de medidas que visa a proteger o homem e o meio ambiente de possíveis
efeitos indevidos causados pela radiação ionizante, de acordo com princípios básicos
estabelecidos pela CNEN.
2.7.2 FINALIDADES DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
• Evitar o surgimento de efeitos determinísticos mantendo as doses abaixo dos limites
aplicáveis, e assegurar que se tomem todas as medidas possíveis para reduzir a
indução de efeitos estocásticos;
• Proporcionar um nível adequado de proteção para as pessoas, sem limitar
indevidamente as práticas benéficas nas quais ocorre exposição à radiação ionizante;
• Ajustar a realização de uma prática com o fim de maximizar o benefício líquido para
o indivíduo ou para sociedade.
2.7.3 PRINCIPIOS DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
a) Justificação: Qualquer atividade envolvendo radiação ou exposição deve ser
justificada em relação a outras alternativas e produzir um benefício líquido positivo para
a sociedade.
b) Otimização (ALARA - As low as reasonably achievable): O projeto, o planejamento
do uso e a operação de instalação e de fontes de radiação devem ser feitos de modo a
garantir que as exposições sejam tão reduzidas quanto razoavelmente exequível,
levando-se em consideração fatores sociais e econômicos.
25
c) Limitação da Dose Individual: As doses individuais de indivíduos ocupacionalmente
expostos e de indivíduos do público não devem exceder os limites anuais de dose
equivalente estabelecidos na norma CNEN NN-3.01 (2005).
26
CAPÍTULO 3
3 MATERIAIS E MÉTODOS
O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar e estudar − do ponto de vista
da proteção radiológica − as vantagens e desvantagens da técnica de radiografia
computadorizada (CR) em aplicações da radiografia industrial, comparando-a à técnica
convencional com filme radiográfico.
Para tanto, foram planejados os seguintes objetivos específicos:
• Levantamento estatístico de todas as instalações abertas e fechadas de radiografia
industrial existentes no País, dos radionuclídeos utilizados, e das respectivas
atividades (item 3.1);
• Avaliação, de modo prático, em uma planta industrial, das doses inerentes à técnica
da radiografia industrial digital (CR) em uma instalação, comparando-as às doses
provenientes da radiografia industrial convencional com filme radiográfico (item
3.2);
• Estudo da viabilidade técnica da aplicação de novos radionuclídeos em gamagrafia
industrial digital (CR), mais precisamente o estudo in loco em outra unidade
industrial, para avaliar a viabilidade da aplicação de itérbio-169 em CR (item 3.3).
3.1 LEVANTAMENTO DE DADOS E ELABORAÇÃO DOS INVENTÁRIOS
Para o desenvolvimento do presente trabalho, primeiramente foi realizado um
levantamento estatístico acessando-se os dados cadastrais do banco de dados da
Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN-Sede), denominado Sistema de
Instalações Radiativas − SIR.
No banco de dados da CNEN − o SIR − encontram-se listadas todas as indústrias
usuárias de fontes radioativas no Brasil, listagem esta que discrimina a quantidade, a
atividade e o tipo de fonte utilizada.
27
3.1.1 INSTALAÇOES DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAÍS
Através do SIR, foi realizado o levantamento de todas as instalações de radiografia
industrial registradas no País.
3.1.2 RADIONUCLÍDEOS USADOS EM RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAÍS
Foi também realizado, através do SIR, um levantamento da atividade das fontes
radioativas utilizadas em gamagrafia industrial no País. Tal levantamento levou em
consideração a técnica utilizada, isto é, se a convencional ou a digital (CR).
3.1.3 EMPRESAS PRESTADORAS DE SERVIÇOS DE RADIOGRAFIA DIGITAL
Foi realizado contato com as empresas usuárias da técnica de radiografia industrial.
Constatou-se que apenas a “Empresa A” utiliza rotineiramente a técnica de radiografia
digital (CR). A “Empresa A” é prestadora de serviços de radiografia industrial em
instalações abertas e fechadas, em diversas localidades do País. Foi solicitado à mesma
que concedesse licença formal para a realização de trabalhos conjuntos em pesquisa
científica, e que permitisse o acesso às respectivas instalações. Assim, foram agendados
estudos conjuntos, que constituíram-se na parte prática do presente trabalho.
3.2 ESTUDOS NA REFINARIA ALBERTO PASQUALINI − REFAP S/A
A instalação na qual foram realizados trabalhos conjuntos com a “Empresa A” foi a
Refinaria Alberto Pasqualini (REFAP S/A), localizada na Avenida Getúlio Vargas, na
cidade de Canoas, RS. A Fig. 3.1 ilustra parte da instalação.
FIG. 3.1 - Vista parcial da planta da REFAP S/A.
28
3.2.1 FONTES DE RADIAÇÃO IONIZANTE UTILIZADAS NA REFAP S/A
Em função dos diâmetros e espessuras envolvidos no ensaio e da localização das
tubulações, foram realizadas na instalação radiografias industriais com as seguintes
fontes de radiação, pertencentes à “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 instalação foram executadas radiografias industriais digitais com
75
Se em juntas
soldadas em tubulações de aço-carbono, em área industrial classificada como instalação
aberta, segundo a norma CNEN NN-6-04 (1988), em tubulações de 3/4” a 3” de
diâmetro, em uma caldeira e em uma unidade de coogeração.
A fonte de
75
Se encontrava-se alojada em um irradiador Isotopen-Technik Dr.
Sauerwein, modelo Gammamat SE (MDS Nordion, Canadá), 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 número possível de juntas radiografadas
por dia, pela técnica CR. Em consequência, haveria menos dias de exposição ao risco
radiológico, tanto de indivíduos do público quanto de indivíduos ocupacionalmente
expostos (IOE), com menor custo econômico e social.
Para a técnica convencional, de acordo com estudos preliminares, a fonte de
75
Se
deveria possuir atividade maior, de 2,22 TBq (60 Ci).
29
3.2.1.2 FONTE DE
192
Ir
Na instalação foram executadas radiografias industriais digitais (CR) com
192
Ir em
juntas soldadas em tubulações de aço-carbono, em área industrial classificada como
instalação aberta, segundo a norma CNEN NN-6-04 (1988), em tubulações de 3” de
diâmetro, em trocadores de calor do tipo “duplo tubo”.
A fonte de
192
Ir possuía também baixa atividade − 251,6 GBq (6,80 Ci). Encontrava-se
em um irradiador Isotopen-Technik Dr. Sauerwein, modelo Gammamat TI-F (MDS
Nordion, Canadá), com comandos do mesmo fabricante.
Para a técnica 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 é constituído basicamente de três 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
diminuição dos feixes de baixa energia, e a emissão máxima corresponde a 0,74 da
tensão de pico aplicada, proporcionando um feixe de maior poder de penetração e
menor tempo de exposição. Em função do equipamento ser montado sobre um
transportador manual e a ampola do equipamento ser constituída em separado, tem-se
como resultado um transporte e manuseio facilitados.
O aparelho gerador de raios X permaneceu no nível do solo, só sendo deslocada a
ampola, até o nível das juntas a serem radiografadas.
Os serviços de radiografia digital utilizando o equipamento gerador de raios X foram
executados em juntas soldadas de tubulações de aço carbono e inox, com diâmetros
variando entre 1” e 24”, e espessuras variando entre 3,91 e 40 mm.
30
3.2.2 ACESSÓRIOS CONVENCIONAIS UTILIZADOS PELA “EMPRESA A”
3.2.2.1 ACESSÓRIOS PARA AS RADIOGRAFIAS COM
75
Se E
192
Ir NA REFAP
• Medidor portátil de radiação tipo Geiger-Müller, marca Graetz, com capacidade de
medir taxas de exposição entre 0,1 mR/h e 1,0 R/h (1 µSv/h e 10 mSv/h);
• Monitores individuais com alarme (bip de radiação), marca Radiatest;
• Colimador com fator de redução FR de 99,5 x para o Se-75;
• Mangueira de bico, tipo flexível;
• Vinte placas, seis lanternas e 200 metros de cordas para sinalização;
• Abafadores de chumbo: duas placas de chumbo com 300 x 300 x 6,38 mm,
utilizadas curvadas em forma de concha sobre a tubulação, no lado da placa IP, na
técnica PD-VS;
• Na técnica PD-VD (duas placas IP a 90º) foi utilizado colimador de tungstênio com
fator de atenuação de 99,5 x, com o feixe radioativo direcionado para o solo. As
dimensões da placa de chumbo, no lado oposto ao colimador, quando necessária,
eram de 810 x 810 x 2 mm, pois os tempos de fonte exposta na radiografia digital
são pequenos;
• Acessórios de emergência: contêiner de resgate com fator de redução de 6 CSR
(camada semiredutora); funil para acoplamento no contêiner de resgate; pinça de
resgate, com comprimento de 1 m; quatro placas de chumbo com dimensões de 300
x 300 x 6,38 mm; caixa de ferramentas; cordas (200 m) e seis sinais luminosos; 20
placas de sinalização para o raio de balizamento, conforme necessário.
3.2.2.2 ACESSÓRIOS PARA AS RADIOGRAFIAS COM RAIOS X NA REFAP
• Medidor portátil de radiação tipo Geiger-Müller, marca Graetz, com capacidade de
medir taxas de exposição entre 0,1 mR/h e 1,0 R/h (1 µSv/h e 10 mSv/h);
• Monitores individuais com alarme (bip de radiação), marca Radiatest;
• Oito placas, duas lanternas e 100 metros de cordas para sinalização;
• Placas de chumbo com espessuras variando de 0,5 a 6 mm.
31
3.2.3 EQUIPAMENTOS E SISTEMAS DE CR DA “EMPRESA A”
Para a obtenção 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, memória RAM com 128 Mb, placa de vídeo com 34 Mb;
• Monitor: dimensão de 17”, resolução 1280 x 1024 dpi, luminosidade de 350 cd/m
2
,
homogeneidade compatível com o teste de verificação de acordo com os padrões
SMTPE (Society of Motion Picture and Television Engineers);
• Leitor ótico (aquisitor de imagem digital): fabricante Gendex
®
, modelo:
DenOptix
™, tipo carrossel, configuração de dispositivo laser classe I – varredura
vertical;
• Telas flexíveis aquisitoras de imagens: Princípio de funcionamento: leitura a laser
da fotoluminescência de sais de fósforo excitados por radiação ionizante, dimensões
75 x 150 mm / 75 x 300 mm / 150 x 300 mm, resolução de 4 linhas pares por
milímetro para 150 dpi – dado do fabricante (Gendex
®
- AGFA
®
).
- Software: fabricante Gendex
®
, tipo Vix Win, versão PRO.
3.2.4 DOSÍMETROS TERMOLUMINESCENTES (TLD)
Os dosímetros termoluminescentes do tipo TLD foram fornecidos pelo Serviço de
Monitoração Externa (SEMEX) do Instituto de Radioproteção e Dosimetria
(IRD/CNEN), laboratório autorizado pela CNEN.
Nos trabalhos de campo realizados na instalação REFAP S/A, foram usados 25
monitores, cada um contendo cinco dosímetros TLD. As sensibilidades mínima e
máxima dos dosímetros eram, respectivamente, 5 µGy e 50 µGy.
Um dos monitores era o monitor controle, não utilizado em experimentos práticos, e que
somente acompanhava os demais em todo o trajeto percorrido.
32
Para cada um dos três tipos de radiação (
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 dosímetros TLD, utilizados nos
experimentos na REFAP S/A.
Os dosímetros TLD foram utilizados para a medida e registro das doses envolvidas com
a técnica 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 - Localização dos monitores, cada um contendo cinco dosímetros TLD,
utilizados nos experimentos com
75
Se, técnica CR, na REFAP S/A.
33
Para o
75
Se, os monitores de 1 a 4 foram posicionados a 7 metros de distância da fonte,
enquanto que os monitores de 5 a 8 foram posicionados a 2 metros de distância da fonte.
Os monitores 3 e 7 estavam na direção do feixe primário. Havia colimador, com o
objetivo de reduzir a dose, mas não foi colocada placa de chumbo (abafador). Em
ensaios rotineiros são utilizadas tais blindagens adicionais, com o objetivo de reduzir o
isolamento de área e risco máximo. O ensaio foi realizado após as 22 horas.
FIG. 3.4 - Localização dos monitores, cada um contendo cinco dosímetros TLD,
utilizados nos experimentos com raios X, técnica CR, na REFAP S/A.
Para os raios X, os monitores de 9 a 12 foram posicionados a 3 metros de distância da
fonte de radiação, enquanto que os monitores de 13 a 16 foram posicionados a 1 metro
de distância da fonte de radiação. Os monitores 11 e 15 estavam na direção do feixe
primário, mas havia placa de chumbo (abafador), com o objetivo de reduzir a dose, uma
vez que o ensaio foi realizado às 16 horas, quando havia muitos Indivíduos do Público
próximos ao local.
34
FIG. 3.5 - Localização dos monitores, cada um contendo cinco dosímetros TLD,
utilizados nos experimentos com
192
Ir, técnica CR, na REFAP S/A.
Para o
192
Ir, os monitores de 17 a 20 foram posicionados a 12 metros de distância da
fonte, enquanto que os monitores de 21 a 24 foram posicionados a 4 metros de distância
da fonte. Os monitores 19 e 23 estavam na direção do feixe primário. Havia colimador,
com o objetivo de reduzir a dose, mas não foi colocada placa de chumbo (abafador). Em
ensaios rotineiros são utilizadas tais blindagens adicionais, com o objetivo de reduzir o
isolamento de área e risco máximo. O ensaio foi realizado após as 23 horas.
3.2.5 LIMITES ANUAIS DE DOSE
As radiografias industriais realizadas na instalação (REFAP S/A) foram planejadas de
modo que as doses individuais não excedessem os limites primários definidos na Norma
CNEN NN-3.01 (2005), ou seja:
• Para indivíduos ocupacionalmente expostos (IOE): 20 mSv/ano, com média
ponderada em 5 anos consecutivos, desde que não exceda 50 mSv em qualquer ano.
• Para indivíduos do público: 1 mSv/ano.
35
Para garantir que os limites anuais especificados acima não seriam excedidos, foram
deduzidos os limites derivados diários destacados a seguir, que foram utilizados nos
cálculos dos balizamentos utilizados durante os procedimentos, e que definiam as áreas
controlada e livre:
• Para indivíduos ocupacionalmente expostos (IOE): o limite derivado é 0,08 mSv/dia
ou 0,01 mSv/hora.
• Para indivíduos do público: o limite derivado é 0,004 mSv/dia.
3.2.6 RADIOGRAFIAS DIGITAIS COM A FONTE DE SELÊNIO-75
Como havia tubulações de diversos diâmetros e espessuras, na Tabela 3.1 estão
relacionados alguns dados, como por exemplo o tempo de fonte exposta por filme e a
técnica utilizada para a radiografia digital com a fonte de
75
Se com atividade de 266,8
GBq (7,21 Ci).
Tabela 3.1: Parâmetros para a fonte de
75
Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci*).
φ externo
(”)
Espessura
(mm)
Tempo de
exposição por
placa (min)
DFF
a
mínima
(mm)
N° total
de placas
por junta
Tempo de
exposição por
junta (h)
Técnica
radiográfica
digital
Tipo de
placa
3/4” 3,91 1,46 700 2 0,050 PD-VD Fósforo
1” 4,54 1,54 700 2 0,051 PD-VD Fósforo
1 1/2” 5,08 1,63 700 2 0,054 PD-VD Fósforo
2” 5,54 0,08 150 4 0,005 PD-VS Fósforo
2 1/2” 7,01 0,09 150 4 0,006 PD-VS Fósforo
3” 7,62 0,10 150 4 0,007 PD-VS Fósforo
a
DFF = distância fonte-placa IP.
* Para efeito de cálculo, a atividade da fonte de
75
Se considerada corresponde a 40% da atividade da fonte
de
192
Ir, devido à diferença do gamão entre os radioisótopos.
Os valores de tempo de exposição, por placa, foram calculados pela Equação 3.1 (JOSÉ
et al., 2002):
S
A
FEd
T ⋅
⋅
=
2
(3.1)
onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distância fonte - placa (pol); FE = fator de
exposição, em função da Tabela 3.2 (tempo de exposição); A = atividade da fonte (Ci);
S = sensibilidade da placa de fósforo. Em função de resultados práticos obtidos pela
Empresa A, para o
75
Se foi utilizado S = 0,05 nas técnicas PD-VD e PD-VS.
36
A Tabela 3.2 é fornecida pela Kodak. Refere-se aos parâmetros de tempo de exposição
para fontes de
192
Ir. Para obter o tempo de exposição para outros radioisótopos, utiliza-
se a mesma Tabela; entretanto, deve-se considerar a diferença entre o gamão do
radioisótopo utilizado e o gamão do
192
Ir.
Tabela 3.2: Parâmetros de tempo para exposição com fonte de
192
Ir e densidade 2.2.
(Esp = espessura, por parede).
Esp
Fator de
exposição
Esp
Fator de
exposição
Esp
Fator de
exposição
Esp
Fator de
exposição
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 SELÊNIO-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
Tabela 3.3: Parâmetros para a fonte de
75
Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci*).
φ externo
(”)
Espessura
(mm)
Tempo de
exposição por
filme (min)
DFF
a
mínima
(mm)
N° total de
filmes por
junta
Tempo de
exposição por
junta (h)
Técnica
radiográfica
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 cálculo, a atividade da fonte de
75
Se considerada corresponde a 40% da atividade da fonte
de
192
Ir, devido à diferença do gamão entre os radioisótopos.
a
DFF = distância fonte-filme;
b
O filme tipo I é um filme lento, mas é o ideal para a espessura do material a ser radiografado. A
sensibilidade é três vezes maior do que a do filme tipo II.
Os valores de tempo de exposição da Tabela 3.3, por filme, também foram calculados
através da Equação 3.1, dada anteriormente, onde: T = tempo de fonte exposta (min); d
= distância fonte-filme (pol); FE = fator de exposição, em função da Tabela 3.2; A =
atividade da fonte (Ci); S = sensibilidade do filme radiográfico. Para ambas as técnicas
(PD-VD ou PD-VS), o valor de S é 3. Tal valor de sensibilidade refere-se ao filme lento
(tipo I), que é o filme ideal para materiais com espessura de até 9,5 mm. Se
utilizássemos filmes rápidos (tipo II), teríamos tempos de exposição menores;
entretanto, não alcançaríamos a qualidade de radiografia requerida.
Através da Tabela 3.3, podemos observar que o tempo de fonte exposta por filme
aumentou consideravelmente em relação à técnica CR, já que, para atingir a
sensibilidade radiográfica do filme, torna-se necessária uma maior exposição. O
acréscimo de tempo corresponde a 60 vezes o tempo da técnica CR.
Concluiu-se, então, que a utilização, na radiografia convencional, da mesma fonte de
75
Se com atividade de 266,8 GBq (7,21 Ci) tornaria o serviço significativamente
improdutivo e, portanto, financeiramente inviável.
Para aumentar a produtividade do serviço a ser executado, é necessário utilizar uma
fonte de
75
Se com maior atividade, reduzindo assim o tempo de fonte exposta necessária
para sensibilizar o filme na radiografia convencional.
38
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: Parâmetros para a fonte de
75
Se com atividade de 2,22 TBq (60 Ci*).
φ externo
(”)
Espessura
(mm)
Tempo de
exposição por
filme (min)
DFF
a
mínima
(mm)
N° total de
filmes por
junta
Tempo de
exposição por
junta (h)
Técnica
radiográfica
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 cálculo, a atividade da fonte de
75
Se corresponde a 40% da atividade da fonte de
192
Ir,
devido à diferença do gamão entre os radioisótopos.
a
DFF = distância fonte-filme;
b
Filme tipo I, que é um filme lento, mas é o filme ideal para a espessura do material a ser radiografado. A
sensibilidade é três 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 acréscimo de
tempo de fonte exposta, em relação à técnica CR (Tabela 3.1), é de aproximadamente
sete vezes, demonstrando que apesar da fonte possuir uma atividade maior (2,22 GBq ≅
60 Ci), ainda assim a produtividade será menor do que na técnica CR, que utiliza fontes
com atividades bem menores.
3.2.8 CÁLCULO DO BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA O
75
SE − REFAP
O balizamento, o qual delimita as áreas classificadas, foi elaborado através de cálculos
teóricos, os quais foram confirmados e registrados através de monitorações de área.
Posteriormente, também foi utilizada a leitura dos dosímetros TLD, posicionados
conforme descrito na Seção 3.2.4, utilizados na técnica CR.
A confirmação e validação, através das monitorações de área, deu-se da seguinte forma:
• Foram efetuadas duas medidas com o monitor Geiger-Müller no mesmo local do
balizamento (d
1
e d
2
), sendo uma atenuada pelo colimador e a outra atenuada pelo
tubo de aço;
39
• O valor dessas leituras (M) deveria ser igual ou menor que a dose máxima diária
para indivíduos do público (0,004 mSv/dia = 0,4 mrem/dia), dividida pelo número
de horas (t) de fonte exposta no dia.
Assim,
t
M
4,0
≤
(3.2)
Os cálculos diários de balizamento para a execução dos ensaios radiográficos em
tubulações eram realizados através das seguintes equações:
Na técnica PD-VS (parede dupla – vista simples):
adorco
FR
tA
d
lim
1
4,0 ⋅
⋅⋅Γ
=
(3.3)
abafadortub
FRFR
tA
d
⋅⋅
⋅⋅Γ
=
4,0
2
(3.4)
Na técnica PD-VD (parede dupla – vista dupla):
adorco
FR
tA
d
lim
1
4,0 ⋅
⋅⋅Γ
=
(3.5)
abafador
FR
tA
d
⋅
⋅⋅Γ
=
4,0
2
(3.6)
onde: d = distância mínima para o balizamento (m); Γ = constante específica da fonte
(
75
Se = 203 mR.m
2
/h.Ci ); A = atividade da fonte (Ci); t = tempo de fonte exposta por
dia (h); H = dose derivada diária para indivíduo do público = 0,4 mrem (0,004 mSv);
FR
tub
= fator de redução devido à dupla parede do tubo de aço; FR
colimador
= fator de
redução devido ao colimador (99,5 x); FR
abafador
= fator de redução devido ao abafador
de chumbo.
40
FR é calculado pela seguinte expressão:
µx
eFR =
(3.7)
3.2.9 RADIOGRAFIAS DIGITAIS COM RAIOS X
As Tabelas 3.5 e 3.6 mostram as características técnicas das juntas radiografadas com
raios X na REFAP.
Tabela 3.5: Características técnicas das juntas radiografadas com raios X.
Φ externo
(”)
Espessura
(mm)
DFF mínima
(mm)
a
Placas ou
filmes por
junta
Técnica
radiográfica
Tempo de
exposição
por junta
1 < Φ < 3 ½ 3,5 ≤ E ≤ 6,4
700
1 < Φ < 3 ½ 6,4 < E ≤ 9,5
700
2 PD-VD - elipse
1
< Φ < 3 ½ 3,5 ≤ E ≤ 6,4
700
1 < Φ < 3 ½ 6,4 < E ≤ 9,5
700
3
PD-VD -
sobreposta
2
< Φ < 3 ½ 3,5 ≤ E ≤ 6,4
130
2 < Φ < 3 ½ 6,4 < E ≤ 9,5
130
2 ½
< Φ < 3 ½ 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
através do gráfico
do aparelho de
raios X
(Figura 3.6).
Para CR o tempo é
10 x menor.
a
DFF = distância fonte-placa IP ou fonte-filme.
Tabela 3.6: Placas IP ou filmes por juntas radiografadas com raios X.
Diâmetro externo
(polegadas)
Quantidade de placas IP
ou filmes por junta
4 ≤ ø ≤ 8 ½
8 1/2 < ø
≤ 12
12 < ø
≤ 14
14 < ø
≤ 18
18< ø
≤ 22
22< ø
≤ 24
5
4
5
6
7
8
41
O tempo de exposição por junta é estimado através do gráfico da Fig. 3.6, referente ao
aparelho gerador de raios X marca
Seifert com potencial constante. O tempo é função da
kV e da mA. Para CR o tempo é 10 vezes menor.
FIG. 3.6 - Gráfico para o equipamento gerador de raios X
Seifert.
Dados válidos somente com a remoção do disco de proteção de Al e sem o filtro de Cu.
As Figs. 3.7 e 3.8 ilustram as técnicas PD-VD e PD-VS com raios X, respectivamente.
Blinda
g
em
FIG. 3.7 - Exemplo de arranjo para a técnica radiográfica PD-VD.
42
Blindagem
FIG. 3.8 - Exemplo de arranjo para a técnica radiográfica PD-VS.
3.2.10 CÁLCULO DO BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA OS RAIOS X
Abaixo se encontra a expressão matemática utilizada para o cálculo do isolamento de
áreas para a execução dos ensaios radiográficos com raios X.
mE
X
TUtKmA
d
2
1
⋅
⋅⋅⋅⋅
=
(3.8)
onde: d
1
= distância estimada (m); mA = corrente do tubo; X = exposição limite para
indivíduos do público (0,05 mR/h ou 0,40 mR/d) ou sua proporção pelo número de juntas
efetuadas por dia, ou seja, 0,40/número de juntas radiografadas; K = taxa de exposição 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-transmissão (mm, ver Tabela 3.8); t = tempo total de
exposição (h); U = fator de uso do aparelho = 1; T = fator de ocupação = 1.
Às vezes considera-se o fator de uso do aparelho (U) igual a 1/2 ou 1/3 para a técnica PD-
VD (parede dupla – vista dupla) elipse ou sobreposta, e 1/4 ou 1/n para a técnica PD-VS
(parede dupla
− vista simples), em função das diversas direções para as quais a ampola de
43
raios X é direcionada. O denominador do fator de uso é igual ao número de exposições por
junta.
Considerou-se sempre o fator de ocupação T igual a 1, porque os trabalhos de radiografia
digital foram realizados no mesmo turno em que indivíduos do público realizavam outras
atividades na REFAP S/A.
Tabela 3.7: Taxa de exposição em função da tensão (kV).
Tensão (kV) Exposição (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 semitransmissão (mm) para aço, alumínio e chumbo,
em função da tensão do equipamento gerador de raios X (kV).
Tensão (kV) 100 120 140 160 180 200 250 300
mm de aço 0,40 0,45 0,53 0,65 0,85 1,00 1,60 2,60
mm de alumínio 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 IRÍDIO-192 - REFAP
Como havia tubulações de diversos diâmetros e espessuras, na Tabela 3.9 estão
relacionados alguns dados, como por exemplo o tempo de fonte exposta por filme e a
técnica utilizada para a radiografia digital com a fonte de
192
Ir com atividade de 251,6
GBq (6,80 Ci), para a medição de espessura de corrosão.
44
Tabela 3.9: Parâmetros para a fonte de
192
Ir com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci).
φ externo
(”)
Espessura
(mm)
Tempo de
exposição por
placa (min)
DFF
a
mínima
(mm)
N° total
de placas
por junta
Tempo de
exposição por
junta (h)
Técnica
radiográfica
digital
Tipo de
placa
3/4” 3,91 0,62 700 2 0,021 PD-VD Fósforo
1” 4,54 0,65 700 2 0,022 PD-VD Fósforo
1 1/2” 5,08 0,69 700 2 0,023 PD-VD Fósforo
2” 5,54 0,03 150 4 0,002 PD-VS Fósforo
2 1/2” 7,01 0,04 150 4 0,003 PD-VS Fósforo
3” 7,62 0,04 150 4 0,003 PD-VS Fósforo
a
DFF = distância fonte-placa IP.
Os valores de tempo de exposição, por placa, surgiram da Equação 3.9:
S
A
FEd
T ⋅
⋅
=
2
(3.9)
onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distância fonte-placa (polegadas); FE =
fator de exposição, em função da Tabela 3.2 (tempo de exposição); A = atividade da
fonte (Ci); S = sensibilidade da placa de fósforo. Em função de resultados práticos
obtidos pela
Empresa A, para o
192
Ir foi utilizado o valor S = 0,05 para as técnicas 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: Parâmetros para a fonte de
192
Ir e com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci).
φ externo
(”)
Espessura
(mm)
Tempo de
exposição por
filme (min)
DFF
a
mínima
(mm)
N° total de
filmes por
junta
Tempo de
exposição por
junta (h)
Técnica
radiográfica
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 = distância fonte-filme;
b
O filme tipo I é um filme lento, mas é o ideal para a espessura do material
a ser radiografado. A sensibilidade é três vezes maior do que a do filme tipo II.
45
Os valores de tempo de exposição da Tabela 3.10, por filme, surgiram também da
Equação 3.9, dada acima, onde: T = tempo de fonte exposta (min); d = distância fonte-
filme (pol); FE = fator de exposição, em função da Tabela 3.2; A = atividade da fonte
(Ci); S = sensibilidade do filme radiográfico para o Ir-192. Para ambas as técnicas (PD-
VD ou PD-VS), o valor de S é 3. Tal valor de sensibilidade refere-se ao filme lento (tipo
I), que é o filme ideal para a espessura do material a ser radiografado. Se utilizássemos
filmes rápidos (tipo II), teríamos tempos de exposição menores; entretanto, não
alcançaríamos a qualidade de radiografia requerida.
Através da Tabela 3.10, podemos observar que o tempo de fonte exposta por filme
aumentou consideravelmente em relação à técnica CR, já que, para atingir a
sensibilidade radiográfica do filme, torna-se necessária uma maior exposição. O
acréscimo de tempo corresponde a 60 vezes o tempo da técnica CR.
Concluiu-se, então, que a utilização, na radiografia convencional, da mesma fonte de
192
Ir com atividade de 251,6 GBq (6,80 Ci) tornaria o serviço significativamente
improdutivo e, portanto, financeiramente inviável.
Para aumentar a produtividade do serviço a ser executado, é necessário utilizar uma
fonte de
192
Ir com maior atividade, reduzindo assim o tempo de fonte exposta necessária
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: Parâmetros para a fonte de
192
Ir com atividade de 925 GBq (25 Ci).
φ externo
(”)
Espessura
(mm)
Tempo de
exposição por
filme (min)
DFF
a
mínima
(mm)
N° total de
filmes por
junta
Tempo de
exposição por
junta (h)
Técnica
radiográfica
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 = distância fonte-filme;
b
Filme tipo I, que é um filme lento, mas é o filme ideal para a espessura do material a ser radiografado. A
sensibilidade é três vezes maior do que a do filme tipo II.
46
Para a fonte de
192
Ir com maior atividade (Tabela 3.11), observa-se que o acréscimo de
tempo de fonte exposta, em relação à técnica CR (Tabela 3.9), é de aproximadamente
dezesseis vezes, demonstrando que apesar da fonte possuir uma atividade maior (925
GBq (25 Ci)), ainda assim a produtividade será menor do que na técnica CR, que utiliza
fontes com atividades bem menores.
3.2.13 CÁLCULO DO BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA O IRÍDIO-192 - REFAP
O balizamento, o qual delimita as áreas classificadas, foi elaborado através de cálculos
teóricos, os quais foram confirmados e registrados através de monitorações de área.
Posteriormente, também foi utilizada a leitura dos dosímetros TLD, posicionados
conforme descrito na Seção 3.2.4, utilizados na técnica CR.
A confirmação e validação, através das monitorações de área, deu-se da seguinte forma:
• Foram efetuadas duas medidas com o monitor Geiger-Müller no mesmo local do
balizamento (d
1
e d
2
), sendo uma atenuada pelo colimador e a outra atenuada pelo
tubo de aço;
•
O valor dessas leituras (M) deveria ser igual ou menor que a dose máxima diária
para indivíduos do público (0,004 mSv/dia = 0,4 mrem/dia), dividida pelo número
de horas (t) de fonte exposta no dia.
Assim,
t
M
4,0
≤
(3.10)
Os cálculos diários de balizamento para a execução dos ensaios radiográficos em
tubulações eram realizados através das seguintes equações:
Na técnica PD-VS (parede dupla – vista simples):
adorco
FR
tA
d
lim
1
4,0 ⋅
⋅⋅Γ
=
(3.11)
abafadortub
FRFR
tA
d
⋅⋅
⋅⋅Γ
=
4,0
2
(3.12)
47
Na técnica PD-VD (parede dupla – vista dupla):
adorco
FR
tA
d
lim
1
4,0 ⋅
⋅⋅Γ
=
(3.13)
abafador
FR
tA
d
⋅
⋅⋅Γ
=
4,0
2
(3.14)
onde: d = distância mínima para o balizamento (m); Γ = constante específica da fonte
(
192
Ir = 486 mR.m
2
/h.ci ); A = atividade da fonte (Ci); t = tempo de fonte exposta por
dia (h); H = dose derivada diária para indivíduo do público = 0,4 mrem/d (0,004
mSv/d); FR
tub
= fator de redução devido à dupla parede do tubo de aço; FR
colimador
=
fator de redução devido ao colimador (20 x); FR
abafador
= fator de redução devido ao
abafador de chumbo.
FR é calculado pela seguinte expressão:
µx
eFR =
(3.15)
3.3 ESTUDO DA APLICAÇÃO DE ITÉRBIO-169 EM CR INDUSTRIAL
A alta sensibilidade das placas de imagem com fósforo 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
segurança e da proteção radiológica, 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 radioisótopo 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 Paulínia (REPLAN). Cabe ressaltar que
atualmente a Petrobras é uma das maiores e mais assíduas empresas contratantes de
serviços de radiografia industrial em nosso País.
48
Uma das mudanças internas introduzidas pela Petrobras foi a redução do limite de dose
para membros do público, reduzido de 1/10 para 1/50 dos limites ocupacionais. A
Petrobras também limita, na gamagrafia industrial convencional, o uso de fontes
radioativas em um máximo 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 áreas restritas durante as
operações de radiografia, o que levou a uma redução gradual de produção, com menor
número 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 à segurança e à produtividade (SERRA et al., 2002). Contudo, isso
não foi considerado o bastante para atingir os objetivos almejados de produtividade e
segurança. A produtividade foi alcançada com as fontes de
75
Se de baixa atividade, mas
as preocupações com a segurança 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 é muito menor do que a de radiografias
com
75
Se.
Para atingir as metas de produtividade e segurança, foi necessário investigar o uso de
fontes radioativas mais seguras, já que equipamentos portáteis de raios X apropriados
para trabalhos em campo não são tão produtivos quantos os radioisótopos. Para a
escolha, dois critérios teriam que ser preenchidos: (a) o radioisótopo teria que ser capaz
de atuar em radiografias em espessuras de aço de até 15 mm; e (b) o radioisótopo 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 opções estavam
disponíveis:
60
Co,
192
Ir,
75
Se,
170
Tm e
169
Yb. Dentre essas, duas opções destacavam-se
por causa da baixa energia intrínseca: itérbio-169 e túlio-170. Os detalhes das fontes
radioativas selecionadas encontram-se na Tabela 3.12.
Tabela 3.12: Características das fontes radioativas selecionadas (PETTEN et al., 1999; GIESE
et al., 2001).
Radioisótopo
Penetração máxima em espessuras
de aço (mm)
Gamão
(µSv.m
2
/h.GBq)
Meia-vida
(dias)
Selênio-75 30 54,86 74
Itérbio-169 20 33,78 32
Túlio-170 5 8,11 127
49
O
169
Yb foi selecionado por causa do alcance de penetração e pela característica de
possuir camada semi-redutora com valor baixo, de apenas 0,2 mm para o aço, de acordo
com MASON et al., 1992, e pela reconhecida qualidade intrínseca (DOWALO, 1994).
A meia-vida curta do
169
Yb − de 32 dias − não foi considerada desvantagem, já 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 segurança
radiológica, em caso de acidentes.
3.3.1 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA REPLAN
A fonte de
169
Yb foi adquirida da MDS Nordium (Canadá) pela Empresa A. A fonte
possuía apenas 74 GBq (2 Ci) e estava acondicionada em cápsula de aço inoxidável. A
fonte foi carregada em um irradiador de gamagrafia industrial portátil panorâmico,
modelo Gammamat TI, no Laboratório de Produção de Fontes Seladas do Instituto de
Pesquisas Energéticas Nucleares − IPEN/CNEN.
3.3.2 ARRANJOS EXPERIMENTAIS NA REPLAN
O aparato radiográfico descrito acima foi utilizado em abril de 2005 na REPLAN, para
radiografias de soldas em tubulações de aço com 9% de Cr-Mo, com diâmetro nominal
de 8” e espessura de 7,92 mm. Foram utilizados dois arranjos filme/fonte: panorâmico e
PD-VS (parede dupla - vista simples) em curta distância. Quanto aos padrões de
qualidade da solda, foram aplicados os padrões ASME Code Sections V e VIII, que
especificam o IQI (indicador de qualidade de imagem) mínimo requerido (SERRA et
al., 2005).
Duas técnicas radiográficas foram usadas: a convencional com filme radiográfico e
fonte de
192
Ir, e a digital com placas de imagem com fósforo (IP) e fonte de
169
Yb.
Os ensaios de radiografia convencional foram realizados de madrugada, de 05:00 às
07:00 h. A radiografia digital foi usada durante o horário de almoço, de 12:00 às 13:00
h, e à noite, de 23:00 às 24:00 h. Os raios de balizamento e a produtividade de ambas as
técnicas foram comparados.
50
CAPÍTULO 4
4 RESULTADOS
4.1 LEVANTAMENTO DE DADOS E ELABORAÇÃO DOS INVENTÁRIOS
Para o desenvolvimento do presente trabalho, primeiramente foi realizado um
levantamento estatístico acessando-se os dados cadastrais do banco de dados da
Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN-Sede), denominado Sistema de
Instalações Radiativas − SIR.
4.1.1 INSTALAÇÕES DE RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAÍS
Atualmente existem 169 empresas ativas cadastradas na CNEN-Sede como usuárias de
fontes de radiação ionizante na prática de radiografia industrial. Desse total, 17 são
prestadoras de serviços de radiografia industrial, e as demais atuam em outros
segmentos da indústria, conforme mostra a Tabela 4.1.
Tabela 4.1: Empresas cadastradas na prática de radiografia industrial no País.
N
o
. de fontes de radiação
Segmento N
o
. de instalações
Fontes radioativas Raios X
Prestação de Serviços 17 220 106
Metalurgia 62 12 105
Automobilístico 20 0 98
Naval 1 1 12
Aviação 9 0 16
Nuclear 3 2 3
Bélico 7 0 10
Siderurgia 12 5 23
Componentes eletrônicos 38 0 63
Total 169
240 436
51
4.1.2 RADIONUCLÍDEOS USADOS EM RADIOGRAFIA INDUSTRIAL NO PAÍS
Na prática de gamagrafia industrial são utilizadas fontes de irídio, selênio e cobalto.
Fontes de túlio e itérbio não são comumente utilizadas comercialmente, por
apresentarem custo elevado.
Na gamagrafia convencional com filme radiográfico, 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.
Já 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 SERVIÇOS DE RADIOGRAFIA DIGITAL
Conforme mencionado no Capítulo anterior, item 3.1.3, no País, apenas a Empresa A
presta serviços de radiografia industrial digital.
4.2 ESTUDOS NA REFINARIA ALBERTO PASQUALINI − REFAP S/A
4.2.1 BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA O
75
SE, TÉCNICA DIGITAL (REFAP)
Os seguintes dados foram considerados: radioisótopo = Se-75; atividade da fonte
radioativa = 267 GBq (7,21 Ci); energia do
75
Se = 0,30 Mev; Γ = constante específica
da fonte de Se-75 = 203; µ
Pb
= 4,04/cm; µ
aço
= 0,833/cm; limite de dose para indivíduos
do público = 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 cálculo da distância de balizamento, considerou-se que ocorre uma redução do
colimador em apenas uma direção. Com isso, teríamos uma distância distinta para o
balizamento em cada direção. Na realização dos ensaios não foi utilizado o abafador no
lado oposto ao colimador. Considerou-se assim um tubo de 1” de diâmetro; espessura da
parede de 4,5 mm; atividade da fonte de 267 GBq (7,21 Ci); e colimador de tungstênio
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 através das Equações 3.5 e 3.6 do Capítulo 3:
52
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 área
controlada (área interna ao balizamento) era de 0,72 metros na direção atenuada pelo
colimador, e 7,13 metros na direção não atenuada pelo colimador.
No medidor de radiação Geiger-Müller, o valor observado da taxa de dose não podia
ultrapassar o valor calculado de M, de acordo com a Equação 3.2 do Capítulo 3:
hmSvM /28,0
014,0
4,0
=≤
(4.3)
Na técnica PD-VD (parede dupla – vista dupla), cada junta recebeu duas exposições.
Em relação a um mesmo ponto, eram duas exposições a 90º, atenuadas pelo colimador
(FR = 99,5 x), e com o cone radioativo direcionado para o solo.
Na técnica PD-VS (parede dupla – vista simples), cada junta foi radiografada com
quatro exposições. Portanto, em relação a um mesmo ponto, eram duas exposições
atenuadas pelo colimador (FR = 99,5 x) e duas atenuadas pela dupla parede do tubo e
pela atenuação do abafador de chumbo tipo placa.
Foi utilizada a técnica em “x”, comumente usada quando se trabalha com tubulações.
Em tubulações na horizontal tem-se o feixe radioativo colimado direcionado em duas
exposições para o solo e duas exposições para cima, e considera-se nos cálculos duas
exposições com dupla parede do tubo (acrescido de abafador de chumbo) e duas
exposições com colimador. Em tubulações na vertical, tem-se a mesma situação, porém
com feixe girando 360º, de 90º em 90º, em linha reta, na altura do cordão de solda.
53
Assim, foi construída a Tabela 4.2, que é genérica e conservativa para vários tempos de
exposição em relação a várias atividades de uma fonte hipotética colimada (99,5 x) de
75
Se, de tal modo que a dose equivalente para indivíduos do público não exceda o limite
derivado diário de 0,004 mSv/dia (0,4 mR/dia).
As distâncias da Tabela 4.2 foram as utilizadas para o balizamento físico, (considerando
as atividades de
75
Se comumente utilizadas na técnica de CR), o qual separa a área
controlada − liberada aos IOE de radiografia industrial − da área livre, liberada para
indivíduos do público. As fórmulas utilizadas foram as Equações 3.3 e 3.4 do Capítulo
3, para a técnica PD-VS.
Tabela 4.2: Raios genéricos de isolamento para
75
Se – técnica PD-VS digital.
Atividade da fonte de
75
Se
Tempo
370 GBq (10 Ci) 259 GBq (7 Ci) 111 GBq (3 Ci) 11,1 GBq (0,3 Ci)
Horas Minutos Distância 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 ÁREAS PARA O
75
SE, TÉCNICA CONVENCIONAL
Seguindo a mesma metodologia de cálculos do item anterior, foi construída a Tabela
4.3, que é genérica e conservativa para vários tempos de exposição em relação a várias
atividades de uma fonte hipotética colimada (99,5 x) de
75
Se, de tal modo que a dose
equivalente para indivíduos do público não exceda o limite derivado diário de 0,004
mSv/h (0,4 mR/dia).
As distâncias da Tabela 4.3 foram as utilizadas para o balizamento físico (considerando
as atividades de
75
Se comumente utilizadas na técnica convencional), que separa a área
controlada − liberada aos IOE de radiografia industrial − da área livre, liberada para
indivíduos do público. As fórmulas utilizadas foram as Equações 3.3 e 3.4, para a
técnica PD-VS.
54
Tabela 4.3: Raios genéricos de isolamento para
75
Se – técnica PD-VS convencional.
Atividade da fonte de
75
Se
Tempo
2.960 GBq (80 Ci) 2.220 GBq (60 Ci) 1.480 GBq (40 Ci) 740 GBq (20 Ci)
Horas Minutos Distância de isolamento (m)
0,02 1 3 2 2 1
0,08 5 6 5 4 4
0,17 10 8 7 6 5
0,25 15 10 9 7 6
0,50 30 14 12 10 7
1,00 60 20 17 14 10
1,50 90 25 21 17 12
2,00 120 29 25 20 14
4.2.3 BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA RAIOS X, TÉCNICAS DIGITAL E
CONVENCIONAL (REFAP)
Os cálculos para raios X foram realizados tomando-se duas situações como exemplos.
Exemplo 1: Raios X, técnicas digital e convencional
Como primeiro exemplo de cálculo do raio de isolamento para juntas agrupadas,
considerou-se uma tubulação de 6”, com espessura de 5,49 mm, pela técnica PD-VS,
sem blindagem de chumbo, usando somente a blindagem da parede do tubo no qual foi
efetuada a radiografia digital com raios X, e utilizando cinco placas IP.
Assim, tínhamos os seguintes dados, aplicados na Equação 3.8 do Capítulo 3: kV = 140;
mA = 1,5; X = 0,05 mR/h ou 0,40 mR por dia ou 0,40/n, onde n = número de exposições
por dia; E = 2 x 5,49 = 10,98 mm; m = 0,53; t = 5 placas x 12 segundos = 60 s por junta x
6 juntas = 360 s = 0,1 h; U = 1/5 = 0,2; T = 1; K = 750 mR/h a 1 m por mA. Portanto,
53,098,10
2)(4,0)(05,0
12,01,07505,1
1
⋅
⋅⋅⋅⋅
=
diaouh
d
(4.4)
Portanto, d
1
foi igual a 0,0057 metros para o limite de dose diário, e 0,0162 metros para o
limite de dose horário, para a técnica digital. Entretanto, utilizou-se o raio de isolamento de
segurança teórico mínimo, que é de dois metros.
Utilizando o exemplo anterior, e mantendo os mesmos dados e condições técnicas,
calculou-se o raio de isolamento para a radiografia convencional com raios X, usando
55
cinco filmes por junta. Como o tempo de exposição do filme radiográfico convencional é
20 vezes maior, tínhamos t = 5 filmes x 4 min = 20 min por junta x 6 juntas = 120 min = 2
horas. Utilizando a Equação 3.11, calculou-se d
1
= 0,025 m para limite de dose diário, e d
1
= 0,07 m para limite de dose horário, para a técnica convencional.
Comparando os resultados obtidos, concluiu-se que o aumento do isolamento utilizando a
radiografia convencional foi quatro vezes maior, em relação à técnica CR. A diferença
torna-se ainda mais significativa quando houver um número maior de radiografias, uma
vez que ocorrerão maiores tempos de fonte exposta.
Exemplo 2: Raios X, técnica convencional
Como um segundo exemplo, considerou-se uma junta radiografada pela técnica
convencional, a qual possuía diâmetro de 1” e espessura de 4,5 mm. O cálculo do
balizamento para uma exposição na técnica PD-VD com distância fonte-filme (DFF) de
500 mm foi também realizado através da Equação 3.11 do Capítulo 3.
Assim, tínhamos os seguintes dados: d
1
= distância estimada (m); mA = corrente do tubo;
X = exposição limite para indivíduos do público = 0,05 mR/h ou 0,40 mR por dia, ou a
proporção pelo número de juntas efetuadas por dia, ou seja, 0,40/número de juntas a serem
radiografadas; K = taxa de exposição (mR/h) a 1 m (ver Tabela 3.7); E = espessura da
chapa, tubo, placa de Pb, como blindagem (mm); m = camada de semi-transmissão (mm)
(ver Tabela 3.8); t = tempo total de exposição (h); U = fator de uso do aparelho = 1; T =
fator de ocupação = 1.
Em função das diversas direções para onde a ampola de raios X poderia ser direcionada, o
fator de uso do aparelho (U) poderia ser ½ ou ⅓ para a técnica PD-VD elipse ou
sobreposta, e ¼ ou 1/n para a técnica PD-VS. O denominador do fator de uso foi igual ao
número de exposições por junta. O fator de ocupação foi considerado 1 porque os
trabalhos de radiografia convencional foram realizados no mesmo turno em que indivíduos
de público realizavam outras atividades.
Para o cálculo do raio de isolamento por filme, foi considerada a técnica PD-VD, com
blindagem de chumbo de 2 mm de espessura. Assim, aplicando-se os dados na Equação
3.8 do Capítulo 3, tínhamos que: kV = 120; mA = 3; X = 0,05 mR/h ou 0,40 mR/d ou
56
0,40/n, onde n = número de exposições por dia; E = 2 mm; m = 0,28; t = 50 s por filme; U
= 1; T = 1; K = 500 mR/h a 1 m por mA.
Portanto,
2
28,02
3
1
)(4,0)(05,0
1110.78,25003
×
××××
=
−
diaouh
d
(4.5)
Assim, calculou-se d
1
= 0,28 m para o limite de dose diário, e d
1
= 0,77 m para o limite de
dose horário, para a técnica convencional. Porém, por conservadorismo, o isolamento de
segurança teórico mínimo foi igual a dois metros.
4.2.4 BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA O
192
IR, TÉCNICA DIGITAL (REFAP)
Os seguintes dados foram considerados: radioisótopo =
192
Ir; atividade da fonte
radioativa = 251,6 GBq (6,80 Ci); energia do Ir-192 = 0,50 Mev; Γ = constante
específica da fonte de Ir-192 = 486 (mR.m
2
/h.Ci); µ
Pb
= 4,04/cm; µ
aço
= 0,833/cm; limite
de dose para indivíduos do público = 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 cálculo da distância de balizamento, considerou-se que ocorre uma redução do
colimador em apenas uma direção. Com isso, teríamos uma distância distinta para o
balizamento em cada direção. Na realização dos ensaios não foi utilizado o abafador no
lado oposto ao colimador. Considerou-se assim um tubo de 3” de diâmetro; atividade da
fonte de 251,6 GBq (6,80 Ci); e colimador de tungstênio com FR = 20 x.
Portanto, para um tempo total de dois minutos de fonte exposta em cada setor, estimou-
se o raio de balizamento através das Equações 3.13 e 3.14 do Capítulo 3, explicitadas a
seguir.
metros
d
71,3
20604,0
280,6486
1
=
××
××
=
(4.6)
metros
d
60,16
604,0
280,6486
2
=
×
××
=
(4.7)
57
Isso demonstra que, para dois minutos de fonte exposta, o balizamento da área
controlada, ou seja, a área interna ao balizamento, era de 3,71 metros na direção
atenuada pelo colimador, e 16,60 metros na direção não atenuada pelo colimador.
No medidor de radiação Geiger-Müller, o valor observado da taxa de dose não podia
ultrapassar o valor calculado de M, de acordo com a Equação 3.10 do Capítulo 3:
M ≤ 0,4/0,034 = 0,12 mSv/h
(4.8)
Na técnica PD-VD (parede dupla – vista dupla), cada junta recebeu duas exposições.
Em relação a um mesmo ponto, eram duas exposições a 90º, atenuadas pelo colimador
(FR = 20 x), e com o cone radioativo direcionado para o solo.
Na técnica PD-VS (parede dupla – vista simples), cada junta foi radiografada com
quatro exposições. Portanto, em relação a um mesmo ponto, eram duas exposições
atenuadas pelo colimador (FR = 20 x) e duas atenuadas pela dupla parede do tubo e pela
atenuação do abafador de chumbo tipo placa.
Foi utilizada a técnica em “x”, comumente usada quando se trabalha com tubulações.
Em tubulações na horizontal tem-se o feixe radioativo colimado direcionado em duas
exposições para o solo e duas exposições para cima, e considera-se nos cálculos duas
exposições com dupla parede do tubo (acrescido de abafador de chumbo) e duas
exposições com colimador. Em tubulações na vertical, tem-se a mesma situação, porém
com feixe girando 360º, de 90º em 90º, em linha reta, na altura do cordão de solda.
Assim, foi construída a Tabela 4.4, que é genérica e conservativa para vários tempos de
exposição em relação a várias atividades de uma fonte hipotética colimada (20 x) de
192
Ir, de tal modo que a dose equivalente para indivíduos do público não exceda o limite
derivado diário de 0,004 mSv/dia (0,4 mR/dia).
As distâncias da Tabela 4.4 foram as utilizadas para o balizamento físico (considerando
as atividades de
192
Ir comumente utilizadas na técnica de CR), o qual separa a área
controlada − liberada aos IOE de radiografia industrial − da área livre, liberada para
indivíduos do público. As fórmulas utilizadas foram as Equações 3.11 e 3.12 do
Capítulo 3, para a técnica PD-VS.
58
Tabela 4.4: Raios genéricos de isolamento para
192
Ir – técnica PD-VS digital.
Atividade da fonte de
192
Ir
Tempo
370 GBq (10 Ci) 259 GBq (7 Ci) 111 GBq (3 Ci) 11,1 GBq (0,3 Ci)
Horas Minutos Distância de isolamento (m)
0,02 1 3 3 2 0,6
0,08 5 7 6 4 1
0,17 10 10 8 6 2
0,25 15 12 10 7 2
0,50 30 17 15 10 3
1,00 60 25 21 14 4
1,50 90 30 25 17 5
2,00 120 35 29 19 6
4.2.5 BALIZAMENTO DE ÁREAS PARA O
192
IR, TÉCNICA CONVENCIONAL
Seguindo a mesma metodologia de cálculos do item anterior, foi construída a Tabela
4.5, que é genérica e conservativa para vários tempos de exposição em relação a várias
atividades de uma fonte hipotética colimada (20 x) de
192
Ir, de tal modo que a dose
equivalente para indivíduos do público não exceda o limite derivado diário de 0,004
mSv/h (0,4 mR/dia).
As distâncias da Tabela 4.5 foram as utilizadas para o balizamento físico (considerando
as atividades de
192
Ir comumente utilizadas na técnica convencional), que separa a área
controlada − liberada aos IOE de radiografia industrial − da área livre, liberada para
indivíduos do público. As fórmulas utilizadas foram as Equações 3.11 e 3.12, para a
técnica PD-VS.
Tabela 4.5: Raios genéricos de isolamento para
192
Ir – técnica PD-VS convencional.
Atividade da fonte de
192
Ir
Tempo
2.960 GBq (80 Ci) 2.220 GBq (60 Ci) 1.480 GBq (40 Ci) 925 GBq (25 Ci)
Horas Minutos Distância de isolamento (m)
0,02 1 9 8 6 5
0,08 5 20 17 14 11
0,17 10 28 25 20 16
0,25 15 35 30 25 19
0,50 30 40 43 35 28
1,00 60 70 60 49 39
1,50 90 85 74 60 48
2,00 120 99 85 70 55
59
4.2.6 RESULTADOS DOS EXPERIMENTOS COM DOSÍMETROS TLD
Para a técnica de radiografia computadorizada (CR), as medidas dos monitores contendo
dosímetros TLD foram menores do que o nível mínimo de detecção da técnica, que é de
cerca de 5 µGy. Apenas dois pontos apresentaram kerma maior do que o nível de
radiação de fundo (RF), a saber:
•
Monitor 7: kerma no ar = 31 µGy (RF = 4 µGy);
•
Monitor 5: kerma no ar = 5 µGy (RF = 4 µGy).
Tais monitores estavam posicionados a dois metros de distância da fonte de
75
Se, em
posições diametralmente opostas, sendo que o monitor 7 estava na direção do feixe
primário, conforme ilustrado na Figura 3.3, e sem a blindagem adicional (placa de
chumbo), normalmente utilizada em ensaios rotineiros. Apesar disso, os valores das
medidas ficaram abaixo do limite derivado para indivíduos do público.
4.3 RESULTADOS DA APLICAÇÃO DE ITÉRBIO-169 EM CR INDUSTRIAL
A Tabela 4.6 mostra a comparação entre
192
Ir,
75
Se,
169
Yb e o equipamento gerador de
raios X de potencial constante (160 kV) quanto aos raios de balizamento necessários,
levando em conta os mesmos parâmetros de operação descritos abaixo.
O estudo foi realizado com
169
Yb em radiografia digital na REPLAN, seguindo-se os
parâmetros a seguir:
•
Dez juntas (6” de diâmetro e 7,9 mm de espessura);
•
Técnica de exposição: PD-VS (parede dupla-vista simples);
•
Fator de redução para esse tipo específico de tubulação de aço:
169
Yb = 7,7 x;
192
Ir =
2,7 x;
75
Se = 3,7 x; Raio X potencial constante 160 kV = 30.573 x;
•
Fator de redução para placa de chumbo com 2,0 mm usada para colimação:
169
Yb =
64,9x;
192
Ir = 1,4 x;
75
Se = 2,24 x; Raio X = N.A.
60
Tabela 4.6: Áreas de segurança radiológica (raio de balizamento).
Técnica Fonte radioativa
Raio de
balizamento
Atividade ou
quilovoltagem
equivalentes
Tempo de
exposição
PD-VS
192
Ir 18 m 19,61 GBq (0,53 Ci) 1,81 h
PD-VS
75
Se 9,0 m 48,10 GBq (1,3 Ci) 53 min
PD-VS
169
Yb 1,6 m 75,85 GBq (2,05 Ci) 2,00 h
PD-VS Raio X 160 kV 0,5 m 140 kV 19 min
Para se ter noção do custo-benefício da utilização de fontes de
169
Yb em radiografia
digital, foi realizado um levantamento do custo aproximado das fontes, cujos resultados
encontram-se na Tabela 4.7.
Tabela 4.7: Custo aproximado de fontes de gamagrafia industrial.
Radioisótopo Atividade Custo (R$)
192
Ir (3x3 mm) 740 GBq (20 Ci) 3.000,00
75
Se (1x1 mm) 222 GBq (6 Ci) 11.000,00
169
Yb (1x1 mm) 148 GBq (4 Ci) 60.000,00
Raio X potencial constante 160 kV 240.000,00
Os benefícios de usar fontes de
169
Yb com baixa atividade ultrapassam o alto custo e a
meia-vida curta do radioisótopo. Em resumo, concluiu-se que ocorrem as seguintes
vantagens:
• Uma fonte de
169
Yb com apenas 74 GBq (2 Ci) de atividade não é considerada uma
fonte perigosa, de acordo com a IAEA (2005);
•
A alta taxa de produtividade obtida com o uso do
169
Yb, comparada com a dos raios
X, supera as restrições de tempo impostas pelas refinarias e por empresas
petroquímicas, que possuem agendadas paradas muito curtas, geralmente em horário
de almoço ou de madrugada;
•
A meia-vida curta do
169
Yb pode ser considerada uma vantagem, em caso de roubo,
furto ou perda do irradiador ou da fonte;
61
• A baixa camada semi-redutora (apenas 0,2 mm para chumbo) implica menos risco
durante as operações de resgate da fonte, caso esta falhe em retornar à posição de
segurança no interior do irradiador;
•
A fonte de
169
Yb é mais segura, pois apresenta energia menor;
•
Raios de balizamento reduzidos permitem que outras equipes trabalhem próximo ao
local de exposição. Isso minimiza o risco de indivíduos entrarem nas áreas restritas e
ajuda a controlar o acesso às áreas. Em conseqüência, leva a menos tempo ocioso,
que é quando funcionários permanecem aguardando o término das radiografias;
•
A radiografia com
169
Yb fornece melhor qualidade da imagem, quando comparada à
dos outros radioisótopos utilizados em radiografia digital. A qualidade de imagem
com Yb-169 é semelhante à dos raios X com potencial constante.
Os resultados confirmaram as expectativas iniciais. A baixa atividade gama da fonte de
169
Yb resultou em raios de balizamento menores (Tabela 4.6).
A qualidade intrínseca do
169
Yb e as dimensões restritas da fonte usada − cuja massa é
pequena e cujo tamanho focal é de apenas cerca de 1 mm − resultaram em boa
qualidade radiográfica, sendo possível visualizar, na maioria dos casos, o Indicador de
Qualidade de Imagem (IQI) específico. Quanto menor a energia, melhor o contraste
para pequenas estruturas.
62
CAPÍTULO 5
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
5.1 CONCLUSÕES
De acordo com os resultados obtidos no presente trabalho, chegou-se às seguintes
conclusões quanto à segurança e à proteção radiológica em gamagrafia industrial
computadorizada (CR):
a) Um dos pontos críticos das plantas industriais tem sido conviver com o ensaio de
radiografia e/ou gamagrafia industrial, principalmente quando o ensaio tiver que ser
realizado nas proximidades de setores que não podem ser evacuados, tais como salas de
operadores e unidades adjacentes de operação. O problema agrava-se quando as
unidades industriais encontram-se paradas para manutenção, pois o contingente de
trabalhadores envolvidos com as tarefas de manutenção multiplica-se.
Consequentemente, o risco do ensaio aumenta.
b) Para os cálculos do tempo de exposição da radiografia computadorizada (CR),
tomou-se como base o tempo de exposição da radiografia convencional, utilizando-se
filmes tipo II. O tempo é então reduzido em 20 vezes.
c) A técnica de radiografia computadorizada (CR) necessita de um tempo de exposição
até 20 vezes menor do que o necessário na radiografia convencional para produzir as
imagens radiográficas, além de permitir a utilização de fontes gama-emissoras de baixa
atividade, ou seja, 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. Portanto, o raio de balizamento diminui consideravelmente.
d) A utilização, na técnica de radiografia digital (CR), de uma fonte gama com baixa
atividade, baixa energia e meia-vida curta − como é o caso do
169
Yb − acarretaria mais
segurança para a radiografia industrial, sem que haja perda da qualidade ou da
produtividade.
63
e) Com base nos dados coletados nos experimentos com TLD, pode-se afirmar que a
técnica CR reduz significativamente os raios de balizamento de áreas e custos, com
consequente melhoria da proteção radiológica e da segurança.
f) A técnica CR viabiliza o trabalho em horário diurno, devido ao menor raio de
isolamento requerido;
g) Para as empresas contratantes, o uso da técnica CR implica maior velocidade do
serviço, redução de custos e também torna desnecessário o deslocamento de indivíduos
dos postos de trabalho, pois o serviço poderá ser realizado durante o dia. Isso reflete
também em menos tempo de parada para manutenção da fábrica. Facilita também o
monitoramento de áreas adjacentes aos trabalhos de radiografia, por parte dos técnicos
de segurança industrial.
h) A técnica CR melhora a segurança coletiva, já que os trabalhos podem passar a ser
executados principalmente sob a luz diurna, o que facilita a observação do entorno da
região de trabalho e diminui o risco de acidentes pessoais, inclusive radiológicos, por
diminuir o cansaço da equipe de radiografia, pois a maioria dos trabalhos pode ser
realizada em horários não desgastantes.
i) Para as empresas contratadas, implica maior velocidade do serviço, redução de custos,
maior produtividade e lucro, mais segurança, doses menores e mais qualidade nas
imagens.
j) A técnica CR elimina a necessidade de uso de produtos químicos para a revelação e a
fixação de filmes radiográficos, necessários no processo de radiografia convencional.
Tal supressão traz benefícios ao meio ambiente e gera melhoria no ambiente de trabalho
do técnico em radiografia (laboratorista), pois o processamento de filmes expõe o
trabalhador aos gases decorrentes do processo de revelação e aos produtos químicos
utilizados.
l) A técnica CR suprime os tempos de revelação e fixação dos filmes, necessários na
radiografia convencional. Tais processos normalmente duram entre uma e duas horas,
sendo realizados após o término das radiografias no campo. São substituídos pela leitura
ótica das imagens (escaneamento), normalmente realizada ao término de cada
exposição, e que dura em torno de três minutos por placa.
64
5.2- RECOMENDAÇÕES
De acordo com os resultados obtidos no presente trabalho, podemos apresentar as
seguintes recomendações:
a) Deve-se sempre ser conservativo quando for delimitar as áreas do balizamento.
b) Sempre que possível, deve-se utilizar colimador, bem como abafadores (placas de
chumbo).
c) Sugere-se que os Titulares, clientes e a Autoridade Reguladora atuem no sentido de
contribuir para a implementação da cultura de segurança nas instalações de radiografia
industrial, apoiando o uso da CR e enfocando a adoção do princípio ALARA.
d) A radiografia industrial digital proporcionou novas aplicações para a indústria, e
melhorou significantemente as aplicações já existentes. A proteção radiológica também
beneficia-se com tal técnica. Entretanto, é fundamental que se consiga uma adequação
dessa nova tecnologia para uma melhor relação custo/benefício, já que os detectores −
principalmente as telas aquisitoras de imagens − são muito caras.
e) Como continuação deste trabalho, sugere-se que outros estudos sejam efetuados para
aprofundar os conhecimentos acerca da utilização da CR em radiografias industriais.
65
66
CAPÍTULO 6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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practice for computed radiology, 2005
b
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c
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