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Medidores Nucleares: Noções Básicas Walmor Cardoso Godoi, M.Sc.

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1 Medidores Nucleares: Noções Básicas Walmor Cardoso Godoi, M.Sc.

2 Medidores Nucleares Áreas de atuação profissional: O profissional poderá atuar em diversas áreas, dentre elas: setor alimentício, bebidas, cimenteiras, concreto, embalagens, fertilizantes, metalúrgico, mineração, papel e celulose, petrolífero e petroquímico, siderúrgica, etc.

3 CNEN

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6 Medidores Nucleares No Brasil 370 instalações 2700 medidores nucleares Maioria fixos Radioproteção

7 Medidores Nucleares São dispositivos que usam fontes de radiação associadas a um detector, numa geometria tal que permite por atenuação ou espalhamento da radiação, saber se o material medido está ou não presente no nível pré-estabelecido. Existem muitos tipos de medidores e muitas aplicações. Os mais conhecidos serão descritos a seguir.

8 Medidores Nucleares Os medidores que utilizam radiações: Completamente isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos. Dispensam sondas ou outras técnicas que mantém contato com sólidos ou líquidos tornando-se possível, em qualquer momento, realizar a manutenção desses medidores, sem a interferência ou mesmo a paralisação do processo.

9 Medidores Nucleares Podem ser usados para indicação e controle de materiais de manuseio extremamente difícil e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade.

10 Medidor de Nível O sistema de medição (figura) por raios gamas consiste em uma fonte de emissão de raios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado do tanque teremos um câmara de ionização que transforma a radiação Gama recebida em um sinal elétrico de corrente contínua.

11 Medidor de Nível Como a transmissão dos raios é inversamente proporcional a altura do líquido do tanque, a radiação captada pelo receptor é inversamente proporcional ao nível do líquido do tanque, já que o material bloquearia parte da energia emitida.

12 Medidores de Nível

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16 Medidor de Nível na Indústria de Alimentos Para realizar o controle do nível correto de uma bebida embalada num invólucro de alumínio utiliza-se uma fonte radioativa de baixa atividade (100 mCi) e um detector. As latinhas enfileiradas numa correia transportadora de alta velocidade, interceptam o feixe de radiação que saí da fonte e é registrado no detector. Se o líquido estiver acima do nível estabelecido, o feixe será atenuado bastante em comparação com a presença só de gás, quando um pouco vazia. Quando não preencher o requisito, uma pequena alavanca retira a lata do roteiro de empacotamento. O mesmo princípio de variação brusca da atenuação do feixe de radiação que atravessa as paredes do invólucro e do material de preenchimento é utilizado, para controle de níveis de silos de grande porte para grãos, refinarias e materiais para altofornos.

17 Os parâmetros que variam são: tipo de fonte, atividade e tipo de radiação utilizada. Para materiais de grande espessura e dimensões, utiliza-se fontes de maior atividade e radiação gama com maior energia. Por exemplo, Ra-226, Co-60, Cs-137, com atividade entre 1 a 5 Curies, para silos e depósitos.

18 Para materiais de baixa densidade e pequenas dimensões, como medidores de nível de latas, espessuras de papel, pesagem de cigarros, detectores de fumaça, utiliza-se o Am-241 e o Sr-90, com atividades entre 100 a 300 mCi, e as radiações gama de baixa energia, beta de alta energia ou alfa. Os riscos de acidentes são reduzidos devido à baixa atividade das fontes e os arranjos mecânicos de construção. Entretanto, não se pode ser negligente com fontes com atividade da ordem de Curie.

19 Medidor de Densidade Alguns dispositivos possuem uma fonte que emite a radiação em direção ao material sob controle e colhem, num detector, a radiação espalhada ou induzida por fluorescência. Com isto, se pode avaliar o teor de umidade de um material ou a sua densidade. Nestes medidores, a fonte e os detectores estão montados num único equipamento portátil e devidamente blindado. São utilizados, por exemplo, na avaliação do nível de compactação durante o processo de concretagem de barragens em construção. Com o uso de fontes de nêutrons, os materiais mais hidrogenados como água, óleo, petróleo, podem espalhar e moderar melhor os nêutrons devido à igualdade das massas de nêutron e próton, nas colisões sucessivas. Assim, um detector de nêutrons térmicos diferencia as regiões e locais onde existe muita moderação de nêutrons e, portanto, a presença de materiais muito hidrogenados.

20 Usinas de processamento de coque (um tipo de combustível derivado do carvão betuminoso), contendo coque e gás, tem seus depósitos monitorados com fontes de nêutrons e detectores montados num mesmo lado do silo. Os sinais são enviados para uma central de controle.

21 Os processos de espalhamento e moderação de nêutrons podem servir de indicadores de água, petróleo, durante a perfuração de um poço. Neste caso dispositivo com fonte e detector se encontram alojados na ponta do sistema de perfuração. Os riscos associados a estes medidores são pequenos, exceto por atuações negligentes no seu transporte, operação e manipulação. Eventualmente pode ocorrer perdas de fontes. Algumas necessitam ser resgatadas.

22 Tubulações

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25 Aplicações no Solo Massa Específica/Peso Específico/Densidade A massa específica corresponde à relação entre a massa e o volume do corpo; Os solos são sistemas de 3 fases: ar, água e sólidos.

26 Determinação da umidade e densidade através do Método Nuclear Desde o final da década de 50 vem sido testado, utilizado e aperfeiçoado o método de determinação de umidade e densidade de solos através da energia nuclear. Ele apresenta 2 grandes vantagens: rapidez e confiabilidade.

27 Ensaios de densidade A medição se faz através da emissão de raios gama, por uma fonte radioativa. Este raios são contados por um detector após terem atravessado o material. Dependendo da densidade, o número de raios que chegam ao detector será maior ou menor. Existem 2 opções para a operação, dependendo do material e de sua espessura: retrotransmissão ou transmissão direta

28 Retrotransmissão No destrutivo e pode ser realizado rapidamente. Neste caso tanto a fonte de raios gama quanto ao seu detector ficam na superfície do material. Insensível a mudanças de densidade para profundidade maiores que 9 cm. A retrotransmissão é recomendada basicamente para leitura em capas asfálticas.

29 Transmissão Direta É "pseudo" não destrutivo já que a fonte de raios gama é introduzida no material através de um pequeno furo. Os raios gama são emitidos através do material e medidos no detector localizado na superfície. A média de densidade do material testado é determinada. O operador pode escolher a profundidade de medição da densidade, o que reduz os erros devidos a rugosidade do material e sua composição química. A transmissão direta é recomendada para camadas de espessura média a delgadas de solos e asfalto.

30 Ensaios de umidade A medida da umidade é não destrutiva com tanto a fonte de neutrons quanto o detector posicionados na superfície. Neutrons "rápidos" são emitidos no material e são "termalizados" quando se chocam com partículas de hidrogênio. "Tubos de Hélio" são detectores de neutrons termalizados e assim medem o teor de umidade do material.

31 Especificações Radiológicas Fonte raios gama80. mCi ± 10% Cs-137 Fonte de neutrons40.0 mCi ± 10% Am-241:Be EncapsulamentoTungstênio, chumbo e cádmio Embalagens de transporteDOT 7 A, tipo A Exemplo de Modelo de equipamento TROXLER Modelo 3430

32 Detectores de Fumaça São dispositivos dotados de uma fonte radioativa emissora de radiação alfa, de baixa atividade, e um sistema de detecção que produz um sinal elétrico. Na presença de fumaça, atingindo um nível pré-estabelecido, ele pode iniciar um sinal de alarme ou mesmo disparar um sistema com spray de água. O risco associado a este tipo de medidor é mínimo.

33 Detectores de Fumaça Dentro de um detector de ionização há uma pequena quantidade (talvez 1/5000 de um grama ou 0,9 microcurie) de amerício-241 (0,9 microcurie meia vida de 432 anos), e é uma boa fonte de partículas alfa.

34 Câmara de ionização As partículas alfa geradas pelo amerício têm as seguintes propriedades: elas ionizam os átomos de oxigênio e nitrogênio do ar na câmara. Quando a fumaça entra na câmara de ionização, ela interrompe essa corrente e as partículas de fumaça unem-se aos íons, neutralizando-os. O detector de fumaça sente a queda na corrente entre as placas e dispara o alarme.

35 Detectores de contaminação Além dos detectores utilizados em instalações e laboratórios que utilizam materiais radioativos e nucleares para monitorar as superfícies, pessoas, objetos e fontes, existem outros, até mais sensíveis, em instalações da indústria convencional. Por exemplo em indústrias siderúrgicas que utilizam sucata e ferro velho, como matéria prima. Neste caso, como são cargas volumosas transportadas por carretas, os detectores de NaI(Tl) são grandes, numerosos e dispostos em toda a extensão de um grande portal, pelo qual passa o caminhão com toda sua carga. Caso exista algum material radioativo na carga, ele será detectado facilmente, impedindo que seja fundido junto com outros materiais.

36 Medidor Nuclear Usa tecnologia de emissão/detecção de radiação ionizante através da metodologia de medição não intrusiva. O Ronan X96S series é um sistema de medição de nível contínuo com calibração multiponto opcional, fonte pontual ou em faixa, que incorpora detectores (cintilômetros) rígidos ou flexíveis. Ideal para sólidos ou líquidos, trabalha com obstruções internas (agitadores), temperaturas extremas, processos corrosivos e estéreis, mudança de processo e fluxos violento ou variável de produto.


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