Medidores Nucleares:
Noções Básicas
Walmor Cardoso Godoi, M.Sc.
http://www.walmorgodoi.com
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.
CNEN
CNEN
Medidores Nucleares
No Brasil
• 370 instalações
• 2700 medidores nucleares
• Maioria fixos
• Radioproteção
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.
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.
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.
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.
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.
Medidores de Nível
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.
• 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.
• 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.
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.
• 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.
• 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.
Tubulações
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.
http://www.pattrol.com.br/equipamentos/massa.html
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.
http://www.pattrol.com.br/equipamentos/massa.html
• 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
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.
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.
• 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.
Especificações Radiológicas
Fonte raios gama
80. mCi ± 10% Cs-137
Fonte de neutrons
40.0 mCi ± 10% Am-241:Be
Encapsulamento
Tungstênio, chumbo e cádmio
Embalagens de transporte
DOT 7 A, tipo A
Exemplo de Modelo de equipamento TROXLER Modelo 3430
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.
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.
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.
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.
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.
http://www.engezer.com.br/