TESTES DE BATERIA DE MONITORES DE RADIAÇÃO PORTÁTEIS - ELES SÃO CONFIÁVEIS?
Manoel M.O.Ramos
Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes IRD/CNEN
E-mail: mmoramos@ird.gov.br
RESUMO
Monitores de radiação portáteis para uso em radioproteção são utilizados em todo o mundo para avaliar o risco de contaminação ou exposição de trabalhadores em diversos setores da indústria e medicina. Estes equipamentos de segurança devem ser confiáveis e possuir características conhecidas e dentro dos requisitos estabelecidos em normas internacionais. Eles são providos de dispositivo de teste da bateria de alimentação para garantir que o desempenho do instrumento durante o uso está conforme suas características em toda a faixa de tensão de operação estabelecida.
Neste trabalho são avaliadas as respostas do teste de bateria de monitores de radiação mais comumente utilizados em condições extremas de tensão e corrente. Materiais e métodos são descritos para esclarecimento dos procedimentos experimentais. Os resultados das medições são mostrados em tabela comparativa e recomendações são apresentadas.
Palavras chave: monitor de radiação, teste de desempenho, proteção radiológica.
I. INTRODUÇÃO
As normas internacionais [2, 3, 4] e nacionais [1] com requisitos de desempenho de monitores de radiação são bastante detalhadas quanto às condições elétricas, radiológicas, mecânicas, de segurança e ambientais que devem ser testadas em tais instrumentos. Muitos trabalhos [5,6,7] têm sido publicados com estudos da resposta de diferentes monitores comparados com os requisitos das normas. Entretanto, apesar desse tipo de instrumento ser um equipamento de segurança de uso imprescindível em áreas com risco de contaminação ou exposição de
trabalhadores ou outras pessoas, pouco tem sido avaliada a confiabilidade do teste de bateria dos monitores de radiação. Este é um requisito que aparece especificado nas normas de teste de desempenho, mas é pouco detalhado. O mínimo que se espera do teste de bateria ao se ligar um instrumento é que, estando a tensão da bateria dentro da faixa indicada como aceitável, o instrumento tenha um desempenho adequado.
Alguns dos problemas que podem comprometer o funcionamento de um instrumento, e.g., baterias fracas com indicação de boas e mau contato do suporte de baterias, foram simulados e avaliados neste trabalho.
II. CONSIDERAÇÕES GERAIS
De modo geral, dois tipos de apresentação de teste de bateria podem ser encontrados nos instrumentos em uso e eles dependem fundamentalmente do tipo de mostrador disponível, isto é, se são analógicos ou digitais.
Em instrumentos com mostrador analógico a condição da bateria é indicada normalmente por uma barra impressa que se destaca no mostrador do instrumento. A indicação do ponteiro dentro da região da barra durante o teste indica condição de bateria boa.
Instrumentos com mostrador digital podem dispor de dois modos de apresentação do estado da bateria. No primeiro, a condição da bateria é indicada por um ícone segmentado, que pode ter o formato da bateria ou barras, sendo que baterias novas são representadas pelos segmentos completamente preenchidos e o oposto para baterias fracas. No segundo modo, o ícone da bateria somente é apresentado quando a bateria precisa de reposição. Em ambos os casos a indicação de bateria fraca pode vir acompanhada por um alarme sonoro.
Dois problemas principais podem ocorrer com as baterias durante o uso: descarga ou mau contato. A descarga da bateria ocorre naturalmente pelo uso continuado do instrumento em condições normais. O tempo de duração da bateria depende da corrente consumida pelo equipamento ligado e pode variar de 100 a 200 horas, dependendo do modelo do instrumento e da bateria utilizada.
O mau contato das baterias acontece mais freqüentemente com instrumentos usados, devido à sujeira acumulada nos terminais, corrosão provocada por vazamento de bateria ou quebra do suporte. Entretanto, instrumentos novos com suporte de bateria inadequados ou de má qualidade podem provocar a rejeição de baterias novas ou a falha durante o uso.
Instrumentos importados, dependendo do país de origem, podem ter sido fabricados e testados [5] quando novos de acordo com normas internacionais [2,4], mas não estão livres dos problemas provocados pelo uso normal ou alterações produzidas pelo proprietário.
Instrumentos de fabricação nacional, com muito poucas exceções, são produzidos sem
considerar os requisitos das normas e estão mais sujeitos a erros de projeto, montagem, ou material de baixa qualidade.
III. MATERIAIS E MÉTODOS
Para realizar os testes, alguns instrumentos foram escolhidos aleatoriamente da rotina de calibração do Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes. Eles foram selecionados para que se pudesse ter uma amostragem representativa dos tipos e modelos em uso no país, quer fossem de fabricação nacional ou importados.
O tempo de uso do instrumento não foi considerado nos testes por não dispormos dessa informação e para podermos ter um instantâneo da situação atual do mercado.
Os testes realizados objetivaram simular as condições encontradas nos casos de ocorrência dos problemas descritos no item II. Para tanto, foi utilizada uma fonte de tensão variável para alimentar o instrumento em substituição às baterias e simular a variação da tensão com o uso.
A faixa de tensão aceitável segundo o teste de bateria foi avaliada para os instrumentos testados.
Uma caixa de resistências padrão foi colocada em série com a alimentação para verificar a resposta do teste de bateria simulando mau contato do suporte.
A figura 1 apresenta um diagrama esquemático da ligação dos equipamentos utilizados e detalhados na tabela 1.
1- Monitor de radiação 2- Caixa de resistências A- Amperímetro V- Voltímetro
Legenda
3- Fonte DC variável A
V 1
3 2
Figura 1. Diagrama de ligação dos componentes
TABELA 1. Equipamentos Utilizados Para os Testes
Descrição Fabricante Modelo Série
Caixa de resistências de 4 décadas de 0 a 11.110 Ω em intervalos de 1 Ω
Coprico RBB4 45547
Fonte de alimentação DC digital de 0 - 30 V e 3 A Leader 730-3D 9700046
Voltímetro digital 3,5 dígitos Fluke 87 56371667
Amperímetro digital 3,5 dígitos ICEL MD3200 11296
IV. PROCEDIMENTOS
Os procedimentos de medição foram realizados de acordo com os seguintes passos:
1. Instalar equipamentos conforme descrito na Figura 1.
2. Alimentar o monitor de radiação através da fonte de alimentação com a tensão recomendada pelo fabricante
3. Ligar o monitor no teste de bateria e avaliar os limites de tensão e corrente da faixa indicada como aceitável
4. Com a tensão de alimentação no limite máximo aceitável, variar a resistência da caixa de resistências até que a indicação do teste de bateria caia para o limite mínimo aceitável.
5. Com o instrumento em posição de leitura selecionar uma escala compatível com a leitura de uma fonte teste posicionada de modo reprodutível. Realizar leituras com duas tensões de alimentação, no limite máximo e mínimo aceitável e com o valor da resistência medido. Anotar as indicações de corrente em todos os casos.
V. RESULTADOS E COMENTÁRIOS Os resultados dos testes realizados se encontram na tabela 2. Os valores de tensão e corrente apresentados são válidos para os instrumentos testados e podem não se repetir com instrumentos de mesmo modelo mas de série diferente, devido a ajustes realizados pelo fabricante. Ainda assim, a classificação do teste de bateria obtida pelo instrumento será válida para o modelo, pois representa uma característica do seu projeto.
Os requisitos das normas da “International Electrotechnical Commission” [2,4] para instrumentos alimentados por baterias estabelecem
que a indicação não deve variar em mais de 10%
para a faixa de tensão considerada aceitável.
Para classificação do teste de bateria, conforme apresentado na tabela 2, foram considerados os seguintes critérios:
• A = Bom, o teste de bateria do instrumento é confiável pois atende ao requisito das normas e é seguro pois a leitura não cai para zero.
• B = Regular, o teste de bateria não atende ao requisito das normas mas é seguro pois a indicação superestima a leitura da fonte.
• C = Ruim, o teste de bateria não atende ao requisito das normas e tampouco é seguro pois a indicação subestima a leitura da fonte, podendo chegar a zero.
Para a realização dos testes não foi necessário calcular o valor verdadeiro da grandeza física medida pelo instrumento pois este não era um parâmetro de interesse na ocasião. Mais importante, no caso, era a indicação provocada pelo posicionamento da fonte de teste frente ao detector e a correspondente corrente elétrica desenvolvida no circuito do instrumento e medida conforme a figura 1. Por este motivo, uma única fonte de teste de Ra-226, 41 kBq série 691, foi utilizada para todas as medidas, nas escalas possíveis do instrumento, utilizando diferentes distâncias fonte-detector, e com a sonda detectora com janela aberta ou fechada ou com/sem capa de
“build-up”, de modo a variar o valor da indicação.
Uma vez estabelecida uma leitura para a condição de tensão máxima de bateria, as demais eram obtidas sem mudança de geometria de irradiação.
Os instrumentos IEN MIR 7026, Victoreen Thyac III e Victoreen Panoramic tiveram procedimento de avaliação ligeiramente alterado. O 7026 não possui um teste de bateria convencional através de uma posição selecionável na chave de escala. Como ele é um instrumento digital, a mudança de escala é automática e a
TABELA 2. Resultados dos Testes de Bateria Por Modelo de Instrumento
Fabricante modelo
Tipo e unidade da escala (u.e)1
Condição da bateria2
Corrente3 (mA)
Indicação do instrumento4
(u.e)
Corrente da indicação5
(mA)
Classif.6
Nortron GM Max.(V) 6,7 9,2 5,0 a 500 9,3 a 16,5
NDG1000A (mR/h) Min.(V) 4,7 7,7 4,0 a 400 7,9 a 14,7 C
Res.(Ω) 240 6,0 4,0 a 0 8,0 a 18,4
Ludlum GM Max.(V) 3,0 13,3 1,0 a 100 3,0 a 16,0
3 (mR/h) Min.(V) 2,3 15,6 1,0 a 100 15,6 a 19,7 A
Res.(Ω) 45 18,0 1,0 a 100 15,5 a 21,9
Victoreen GM Max.(V) 9,0 26,6 5,0 a 500 19,5 a 31,4
290 (mR/h) Min.(V) 6,5 19,3 5,0 a 400 16,6 a 24,9 C
Res.(Ω) 130 20,0 5,0 a 370 17,0 a 22,5
IEN GM Max.(V) 3,0 8.7 2,5 * 8,2 a 16
MIR 7026 (mR/h) Min.(V) 2,3 9,4 2,5 9,6 a 11,6 A
Res.(Ω) 30 11,0 2,5 8,5 a 12,0
Prologo GM Max.(V) 9,0 5,5 250 a 2400 1,6 a 3,8
PSN7013 (CPM) Min.(V) 5,6 3,4 250 a 2400 1,6 a 4,0 B
Res.(Ω) 400 4,0 250 a 3000 1,5 a 4
Metal Chek GM Max.(V) 6,0 4,0 0,5 a 35 5,0 a 6,9
200 (mR/h) Min.(V) 4,8 4,2 0,5 a 35 4,4 a 5,8 B
Res.(Ω) 340 4,5 >17 a 55 3,9 a 5,4
Eberline GM Max.(V) 3,0 16,8 1 a 100 16,8 a 19,7
E520 (mR/h) Min.(V) 2,3 15,7 1 a 90 15,7 a 19,6 A
Res.(Ω) 55 13,1 1 a 90 13,1 a 15,5
Nortron GM Max.(V) 6,0 0,7 0,5 a 50 5,7 a 6,3
NMR1000 (mR/h) Min.(V) 5,6 0,7 0,5 a 50 5,5 a 6,4 C
Res.(Ω) 300 0,7 0,1 a 0 12,3 a 15,0
Victoreen SC Max.(V) 3,0 21,6 40000 * 21,6
Thyac III (CPM) Min.(V) 2,4 16,5 20000 16,5 C
Res.(Ω) 30 10,1 5000 13,6
Victoreen CI Max.(V) 3,0 26,0 700 * 26,0
Panoramic (mR/h) Min.(V) 2,3 24,0 700 23,9 A
Res.(Ω) 30 23,7 700 23,7
Observações:
1 - O tipo do detector utilizado no instrumento foi abreviado como: GM = Geiger Müller, SC = cristal cintilador e CI = câmara de ionização. A unidade de escala (u.e) representa a unidade da grandeza medida pelo instrumento.
2 - A condição da bateria apresenta as tensões máxima e mínima aceitáveis para alimentação do instrumento segundo o teste de bateria e sem fonte radioativa. A resistência apresentada é aquela que quando colocada em série com a alimentação transforma uma indicação de tensão máxima de bateria em tensão mínima aceitável.
3 - Corrente correspondente ás condições da observação 2.
4 - Indicação do instrumento nas diferentes condições de bateria com fonte teste posicionada para uma mesma geometria de irradiação. A indicação correspondente à tensão máxima representa uma referência para comparação com as demais.
5 - Correntes mínima e máxima correspondentes à observação 4. A corrente máxima inclui a condição de alarmes ligados, quando disponível.
6 - Classificação do teste de bateria segundo este trabalho: A = Bom, B = Regular e C = Ruim.
7 - A indicação do instrumento provocou estouro da escala correspondente à leitura da fonte
* - Indicação máxima de teste para obtenção de parecer conclusivo.
condição da bateria é monitorada continuamente.
Qualquer irregularidade com a bateria é acusada através da sigla BT no mostrador, acompanhada de um alarme contínuo. A indicação de 2,5 mR/h para a tensão mínima de 2,3 V já provoca o disparo do alarme, indicando que o usuário do instrumento não pode continuar com sua utilização.
O Thyac III, como estava com sonda cintiladora, era muito sensível e foi testado em uma só escala, isto é, a menos sensível delas.
O Panoramic é uma câmara de ionização que não apresentou qualquer alteração na leitura, ou da corrente consumida pelo circuito, em nenhuma das condições da bateria. A leitura apresentada é a mais rigorosa testada.
VI. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Como pode ser observado pelos exemplos da tabela 2, os instrumentos baseados em câmaras de ionização, como era de se esperar, não apresentam leitura dependente do estado da bateria. Isto ocorre devido ao fato da corrente medida ser muito baixa, mesmo para elevados valores de taxa de dose indicada. O mesmo não ocorre com os instrumentos que utilizam tubos GM. Estes se comportam como curto circuito quando expostos a campos de radiação muito elevados. Tais instrumentos devem ser projetados para resistir a esta condição, mas isso não é regra para os modelos testados.
Os instrumentos com detectores de cristal cintilador são ainda mais sensíveis à variação de tensão da bateria de alimentação. Isto ocorre pois o cristal para ser utilizado é acoplado a uma válvula fotomultiplicadora que deve ser alimentada com uma tensão constante. Qualquer variação nessa tensão resulta em leituras bem diferentes, conforme apresentado na tabela 2.
Para que os resultados insatisfatórios obtidos neste trabalho não continuem se repetindo e o risco de falha nos monitores de radiação possam ser evitados, recomenda-se que os instrumentos não cheguem ao mercado sem que tenham passado por um teste de desempenho para levantar suas características e compará-las com os requisitos das normas, incluindo nelas requisitos bem detalhados quanto ao teste de bateria.
Adicionalmente, deve-se incluir alguns procedimentos baseados naqueles descritos no item IV, para avaliar o teste de bateria durante as calibrações periódicas dos instrumentos e incluir informações quanto ao resultado do teste no certificado de calibração.
VII. ABSTRACT
Portable radiation protection monitors are used all over the world to evaluate the risk of contamination or exposure of workers in many sectors of industry and in medical applications.
These safety equipment must be reliable and with known characteristics which must comply with international standards. They are provided with battery test device to guarantee that the instrument performance during its normal use is in accordance to the specifications issued in the accepted range of battery voltage.
This work describes materials and methods used for the assessment of battery test of some commonly used radiation monitors. Tests were performed under extreme voltage and current conditions. Results are presented in comparative table, and recommendations are drawn.
VIII. REFERÊNCIAS
[1] ABNT - NBR 10011;"Medidores e monitores portáteis de taxa de exposição de raios X e gama para uso em radioproteção", Associação Brasileira de Normas Técnicas, set.
1987.
[2] IEC 846; "Beta, X and gamma radiation dose equivalent and dose equivalent rate meters for use in radiation protection".
International Electrotechnical commission, 1989.
[3] IEC 278; " Documentation to be supplied with electronic measuring apparatus". International Electrotechnical commission, 1968.
[4] IEC 395; " Portable X and gamma radiation exposure rate meters and monitors for use in radiological protection".
International Electrotechnical Commission, 1972.
[5] McClure, D.R.; Burgess, P.H.; Evaluation of some hand held instruments for measuring radioactive surface contamination, NRPB-R232, National Radiological Protection Board, UK, 1990.
[6]Ramos, M.M.O., Desempenho de instrumentos medidores de taxa de exposição usados em radioproteção, 3º Congresso Geral de Energia Nuclear, Rio de Janeiro, 22 a 27 de Abril 1990.
[7]Ramos, M.M.O.; Type testing evaluation of Brazilian survey meters, World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, V Congresso Brasileiro de Físicos em Medicina. Rio de Janeiro, RJ, 21-26 Agosto de 1994.
