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Aspectos de protecção contra radiações em instrumentação e técnicas nucleares de
aplicação industrial
Autor(es):
Salgado, José
Publicado por:
Sociedade Portuguesa de Protecção Contra Radiações
URL
persistente:
http://hdl.handle.net/10316.2/42035
Accessed :
22-Mar-2021 06:38:20
ASPECTOS DE PROTECÇÃO CONTRA RADIAÇÕES EM
INSTRUMENTAÇÃO E TÉCNICAS NUCLEARES DE
APLICAÇÃO INDUSTRIAL
José Salgado
Departamento de Física do Instituto Tecnológico e Nuclear Estr. Nac. 10 - 2685 Sacavém
1. INTRODUÇÃO
A descoberta da radioactividade por Becquerel, há quase 100 anos, originou uma revolução científica e tecnológica, pois não só alargou os conhecimentos sobre a natureza da matéria, como fomentou a criação de novas tecnologias que contribuíram para o acelerado desenvolvimento da época em que vivemos.
São hoje reconhecidos os benefícios que as aplicações não energéticas da ciência e engenharia nucleares têm proporcionado à humanidade. Basta recordar as aplicações (a) na medicina para fins de diagnóstico e terapêuticos; (b) na agricultura no controlo da utilização de fertilizantes e pesticidas e conservação de alimentos; (c) na prospecção e valorização de recursos naturais; (d) na indústria no controlo da qualidade, na monitoração e automação de processos; (e) na monitoração e defesa do ambiente, etc..
Mas, como em qualquer outra actividade humana, novos riscos foram também introduzidos e que é necessário minorar, o que se consegue pela aplicação de recomendações e normas de protecção contra radiações ionizantes.
Deve também referir-se que o homem não “criou” novos tipos de radiação. Todos eles já existiam na natureza e certamente contribuíram para a evolução das espécies no longo dos milhares de milhões de anos de vida no planeta que habitamos e queremos preservar.
2. INSTRUMENTAÇÃO E TÉCNICAS NUCLEARES
A instrumentação e técnicas nucleares utilizam radiação electromagnética (raios X ou gama) e partículas (electrões, protões, neutrões e partículas alfa) e fundamentam-se na interacção dessa radiação com a matéria.
As radiações podem ser emitidas por radioisótopos inseridos em fontes radioactivas seladas não, ou em equipamentos produtores de radiação, como os aparelhos de raios X ou aceleradores de partículas. Há uma distinção importante a fazer. Os equipamentos produtores de radiação deixam de a emitir uma vez desligados; as fontes radioactivas não se podem “desligar”, decaindo gradualmente a sua actividade com o tempo e de acordo com o período de desintegração. A Fig. 1 resume de uma forma não exaustiva modos de interacção da radiação com a matéria e as aplicações que têm sido desenvolvidas a partir deles.
A radiação emitida por um isótopo radioactivo é uma sonda que permite indicar a presença de um dado elemento numa cadeia de processos. Por isso, os radioisótopos são utilizados como traçadores na monitoração de desgaste de peças, na detecção de fugas, na difusão de fluídos, na determinação da origem de contaminações, na localização de obstruções em canalizações.
A radiação pode ainda ser directamente utilizada na prospecção e caracterização de recursos naturais, tais como o urânio e o carvão.
Na interacção da radiação com a matéria, uma ou mais das suas características podem ser alteradas, permitindo obter informação sobre o meio e conduzindo a aplicações metrológicas.
A radiação pode ser difundida e a intensidade dispersa pode ser utilizada nas técnicas de difusão a pequenos ângulos e de retrodifusão de Rutherford para caracterizar materiais. A difracção de raios X e de neutrões é uma ferramenta única na determinação de estruturas
cristalinas e magnéticas de sólidos. A absorção de radiação conduz a métodos que possibilitam a determinação da densidade e espessura de materiais, o nível de enchimento de silos industriais e obtenção de radiografias de objectos opacos à luz.
A radiação incidente pode perder ou ganhar energia na interacção e deste modo dar informações sobre, por exemplo, as vibrações atómicas num cristal e o teor de água ou densidade de materiais.
Como resultado da interacção podem ser emitidos novos tipos de radiação que são utilizados em técnicas analíticas multielementares, tais como a análise de activação neutrónica e a emissão de raios X induzidos por partículas carregadas (PIXE) e a fluorescência de raios X.
Por último deve referir-se que a radiação pode depositar energia nos ateriais, suficiente para alterar profundamente as suas propriedades. A radioesterelização, a conservação de alimentos e o processamento de materiais por radiação são alguns exemplos destas aplicações.
Na generalização da utilização dos métodos nucleares resulta, como é óbvio, das diversas vantagens sobre os métodos convencionais concorrentes. Entre elas podem-se citar as seguintes:
a) medição a distância sem interferência no processo a controlar;
b) facilidade de adaptação a instalações pré-existentes; c) alta sensibilidade;
d) rapidez na obtenção de resultados;
e) medição de matérias a granel, sem necessidade de recolha de amostras representativas;
f) aplicação em contínuo e em tempo real; g) poupança de energia e de matérias primas;
h) menores custos de manutenção e de tempos de paragem das instalações.
No entanto, estão também associadas algumas desvantagens que é necessário ter em conta, tais como o maior investimento inicial e os riscos de exposição a radiações.
Um equipamento nuclear é constituído essencialmente por três componentes:
a) uma fonte radioactiva, regra geral uma fonte isotópica, introduzida num contentor para colimação do feixe e protecção biológica;
b) um detector apropriado ao tipo de radiação;
c) um equipamento electrónico para tratamento dos sinais, apresentação dos resultados, controlo e comando do processo.
A Figura 2 representa de forma esquemática as diferentes componentes de um equipamento nuclear.
Fonte Meio Detector Informação
Blindagem Fonte Interacção D etector
G M Cont. proporc. C. Ionização Cintilador Sem icondutor Film e A nalógico D igital A fixação Com ando
Fig. 2-Representação esquemática de um equipamento nuclear
Desde há vários anos, o Departamento de Física do Instituto Tecnológico e Nuclear, tem dedicado parte da sua actividade ao desenvolvimento de métodos e de instrumentação nucleares e à sua introdução nas actividades económicas. Como fruto desta actividade
estão disponíveis os seguintes equipamentos e técnicas:
a) indicador de nível gama, para controlo e enchimento de silos e depósitos industriais;
b) sonda Humicoque, para medição do teor de água de matérias primas;
c) sondas Humiterra, para medição de perfis de teor de água e de densidade de solos;
d) sonda Densolo, para medição de perfis de densidade de solos com elevada resolução espacial;
e) espectrómetros gama, para medição do teor de água em provetes, de densidade de líquidos e teor de suspensões sólidas em líquidos e controlo do desgaste de refractários;
f) contador de faíscas, para monitoração do radão; g) monitores pessoais de radiação;
h) análise de activação neutrónica usando a radiação gama de para determinação da composição elementar, em tempo real, de matérias primas a granel);
i) aplicação de traçadores no controlo do desgaste de refractários e localização de obstruções de canalizações,
e estão em vias de desenvolvimento os seguintes:
a) gamadensímetro industrial, para medição de densidade de líquidos e do teor de suspensões sólidas em líquidos, em ambiente industrial;
b) sonda Compactosolo, para medição do teor de água e de densidade de pavimentos;
c) sistema tomográfico para medição de perfis de densidade. 3. PROTECÇÃO CONTRA RADIAÇÕES
Em Portugal, o Dec.-Lei 348/89 de 12 de Outubro atribui à Direcção Geral dos Cuidados de Saúde Primários a promoção e a aplicação de medidas destinadas a assegurar em todo o território nacional a protecção de pessoas e bens contra a radiação.
No que se refere às radiações ionizantes, as normas e directivas aí definidas são aplicáveis a todas as actividades susceptíveis de envolverem risco de exposição a radiações ionizantes ou contaminação radioactiva.
O Dec-Regulamentar 9/90 de 19 de Abril estabelece os princípios e normas por que se devem reger as acções a desenvolver na área de protecção contra radiações ionizantes e define os limites de dose para os trabalhadores profissionalmente expostos e para os membros do público.
De acordo com este Dec-Regulamentar, os fabricantes, importadores e fornecedores de materiais radioactivos e de equipamentos produtores de radiação deverão garantir a conformidade dos mesmos com as normas de segurança e protecção em vigor, competindo à Direcção- Geral dos Cuidados de Saúde Primários certificar essa conformidade.
No entanto, esta Direcção-Geral parece não dispor dos meios técnicos necessários para exercer eficazmente as acções que legalmente lhe são atribuídas.
A utilização de radioisótopos e equipamentos produtores de radiações está regulada por várias normas internacionais a que os produtores de equipamento nuclear se devem submeter. Entre elas podem citar-se as Normas ISO 1677 e 2919 para fontes radioactivas seladas e as Normas ISO 7205 para sondas nucleares instaladas em postos fixos.
De um modo geral pode afirmar-se que durante as operações normais de funcionamento de instrumentos nucleares na indústria não se levantam problemas sérios de protecção radiológica. Contudo, usos indevidos das fontes radioactivas por pessoal menos qualificado tem originado alguns acidentes graves.
O desenvolvimento e promoção da introdução de aplicações não energéticas da ciência e técnicas nucleares é governado pela aceitação
das recomendações de radioprotecção emanadas pela Comissão Internacional de Protecção Radiológica e que se podem sintetizar nas seguintes três normas:
(a) Justificação: nenhuma prática que conduza a exposição do homem a radiações deve ser autorizada, a não ser que a sua introdução produza um efeito benéfico para a sociedade;
(b) Optimização: todas as exposições devem ser mantidas tão baixas quanto razoavelmente possível, tendo em conta factores sociais e económicos;
(c) Limite de dose: a dose equivalente não deve exceder os limites recomendados pela CIPR.
Uma vez justificada a prática, isto é, a utilização de um dado equipamento ou técnica, devem ser tomadas medidas apropriadas no projecto do equipamento e nas condições da sua utilização de modo a assegurar que não são excedidos os limites de dose. Entre essas medidas devem enunciar-se as seguintes:
(a) reduzir ao mínimo as intensidades das fontes radioactivas a usar;
(b) introduzir blindagem ou barreiras de protecção de materiais adequados entre a fonte e o trabalhador de modo a reduzir a dose de radiação;
(c) manter a distância entre a fonte e o utilizador tão grande quanto possível;
(d) reduzir o tempo de permanência do utilizador ao mínimo necessário;
(e) assegurar a protecção da fonte radioactiva contra ataques de origem física ou química;
(f) utilizar materiais na construção do contentor da fonte que a protejam contra efeitos mecânicos e corrosivos e riscos de incêndio;
(g) projectar o contentor da fonte de modo a evitar que pessoal não qualificado e não autorizado tenha acesso à fonte;
(h) assegurar que o contentor da fonte possui um obturador para interceptar o feixe de radiação durante o transporte e operações de manutenção do sistema ou do equipamento em que está instalado;
(i) assegurar que são fornecidos ao utilizador informações detalhadas sobre a descrição do equipamento, os princípios de operação, as características técnicas, as condições de instalação, a indicação dos tipos de manutenção ou reparações que o utilizador possa fazer, os avisos para evitar má utilização do equipamento;
(j) assinalar com os símbolos adequados a existência de fontes radioactivas ou de instalações produtoras de radiação.
3.1 EXEMPLOS DE TAXAS DE DOSE EM EQUIPAMENTOS NUCLEARES PRODUZIDOS NO ITN
(a) Indicador de Nível Gama
Os Indicadores de Nível Gama DNG 2 utilizam como fontes radioactivas o 60Co ou o 137Cs. A Fig. 3 mostra os contentores das fontes. As dimensões dos contentores (Tabela 1) dependem da actividade da fonte usada que é função das dimensões e do material e espessura das paredes do silo ou depósito a controlar.
Fig. 3 - Contentor de fontes radioactivas do Indicador de Nível Gama DNG 2
Tabela 1 - Dimensões dos diferentes contentores
A Tabela 2 apresenta as taxas de dose no exterior dos contentores, na posição de fechado, quando estão introduzidas fontes de 60Co com as actividades máximas previstas.
(b) Sonda de neutrões Humiterra
A sonda de neutrões Humiterra está equipada com uma fonte de neutrões de 241Am-Be com uma actividade de l,llxl09 Bq (30 mCi). As doses máximas ao contacto são:
i) neutrões: 10 mSv/h; ii) gama: 30 mSv/h.
(c) Controlo de desgaste do refractário de convertidores
São utilizadas fontes de 192Ir de actividade 7,4xl07 Bq (2 mCi) que são introduzidas em furos previamente abertos em tijolos refractários colocados nos locais de maior desgaste do convertidor. À medida que a frente de desgaste avança as fontes vão sucessivamente caindo na massa fundida. A actividade específica máxima do aço, admitindo que a fonte é libertada numa única carga é da ordem de l,5xl03 Bq/kg que é muito inferior ao valor da actividade a não exceder para vigorar o regime de isenção de autorização prévia estipulado no Dec.-Reg. 9/90 e fixado em 105 Bq/kg.
