Metrologia na ciência e desenvolvimento
Carlos Oliveira
Laboratório de Metrologia das Radiações Ionizantes
CTN – IST
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Sumário
- Metrologia, sua evolução
- Temas actuais da metrologia
- Projectos europeus em curso
- Participação portuguesa na área da radiações
- Conclusões
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A metrologia é a ciência da medição.
Qual é a percepção que há da metrologia?
Assunto de museu?
Tema “quente”?
Impacto na sociedade?
Quais os temas com que se ocupa hoje a metrologia?
Metrologia orientada para as grandezas físicas
comprimento
massa
tempo
corrente eléctrica
Intensidade luminosa
…..
Padrões e serviços de calibração assegurados pelos Laboratórios de Metrologia.
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Metrologia orientada apenas para as grandezas físicas é
suficiente?
Quase todos os aspectos da nossa vida são afectados pelas medições:
desde os sistemas de navegação GPS a um simples exames médico.
Actualmente a metrologia não está limitada, não pode estar limitada às
ciências físicas.
A precisão na produção e nos processos industriais, a confiança no
diagnóstico médico, a monitorização ambiental, a confiança na
qualidade dos dados para a regulação dependem da correcção,
reprodutibilidade e rastreabilidade das medições que necessitam
de um sólido alicerce metrológico.
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Investigação em Metrologia
A metrologia cria ciência com o objectivo de atingir a excelência na fronteira
das tecnologias da medição.
Todas as medidas devem ser "rastreáveis” a uma realização primária da
unidade relevante do SI. A qualidade da realização primária define o limite final de
todas as medições associadas.
Os desenvolvimentos relacionados com as realizações primárias de unidades
estão sempre na vanguarda da ciência. Assim, a metrologia é intrinsecamente
uma ferramenta chave para a investigação fundamental, isto é, para a ciência.
A investigação em Grafeno, átomos de carbono
dispostos numa rede de maneira semelhante à forma
de um favo de mel que ganhou o Prémio Nobel da
Física em 2010 teve uma componente importante
no desenvolvimento de padrões de resistência
eléctrica. Significa um reconhecimento da metrologia
como uma aplicação importante do grafeno.
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Metrologia, a emergência de novas necessidades
A Metrologia, nos tempos actuais, está orientada para as grandezas que resultam
do progresso na Ciência e Tecnologia.
Requer o desenvolvimento de padrões para medição em muitos campos sempre
com incertezas menores.
Ela é relevante para os novos desafios tecnológicos por exemplo, biotecnologia,
nanotecnologia e desafios societais tais como saúde, segurança, ambiente,
mudanças climáticas.
Neste caso, os temas são mais interdisciplinares e relacionadas com a química,
bioquímica, ou ciências da microbiologia.
Isto levanta um conjunto de novas questões quanto às medições.
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Novos desafios
A hierarquia das modernas actividades metrológicas desde padrões primários até
às aplicações do conhecimento para benefício da industria e sociedade está
estruturada de modo a dar a resposta aos novos desafios societais.
Cadeia metrológica desde as unidades físicas básicas, via padrões primários e
métodos de calibração até às aplicações na indústria e comércio.
A metrologia é fundamental para a passagem dos padrões primários e métodos de
calibração para aplicações na indústria, saúde, clima, segurança.
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European Association of National Metrology Institutes
A EURAMET promove a ciência, a investigação e a cooperação
europeia no campo da metrologia.
Missão
– Desenvolver e disseminar estruturas de medição apropriadas, integradas e
económicas para a Europa, tendo em conta as necessidades e os utilizadores
finais.
– Assegurar que as infra-estruturas europeias de medição são competitivas e
reconhecidas a nível internacional e têm por base uma ciência e uma I&D
robustos e de elevada qualidade.
– Apoiar os membros em ir ao encontro dos requisitos nacionais através da
colaboração e de uma infra-estrutura europeia de medição.
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Foco: A metrologia das radiações ionizantes.
Definidos pela comunidade metrológica (EURAMET) 3 roteiros:
1. Dosimetria e radionuclidos nos cuidados de saúde
2. Radionuclidos naturais e antropogénicos no ambiente e na indústria
3. Novos conceitos dosimétricos para a interacção da radiação com a matéria
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1. Dosimetria e radionuclidos nos cuidados de saúde
Desafios
A aplicação terapêutica das radiações é dominada
pela radioterapia aplicada ao tratamento do cancro.
Há cerca de 4 milhões de novos casos por ano na Europa.
Números que têm tendência a aumentar quer pela
melhoria dos métodos de diagnóstico quer pelo envelhecimento
da população. Cerca de 75% dos casos são tratados pela radioterapia.
Introdução de formas complexas de radioterapia
Intensity-Modulated Radiotherapy (IMRT)
A utilização de outros tipos de radiação: protões ou iões de carbono.
Estudos epidemiológicos mostram que o limite das doses recebidos no cristalino
podem ser mais baixas do que era suposto. As grandezas de protecção radiológica
associadas ao cristalino não são usualmente medidas. É necessário ter padrões
destas grandezas.
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2. Radionuclidos no ambiente e na indústria
Desafios
A produção de aço em forno eléctrico em alternativa ao recurso ao
alto forno veio aumentar o consumo de sucata metálica.
A probabilidade dessa sucata ter escondida uma fonte radioactiva
não é de desprezar.
Sistemas de detecção à entrada das siderurgias e de medição da
amostras das várias componentes do processo, aço, escória e fumos
devem ser desenvolvidos e implementados. Novos padrões têm de ser criados.
Muitos recursos naturais contêm radionuclidos. As actividades industriais que
exploram estes recursos podem levar a um aumento do potencial de exposição a
NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials) em produtos, sub-produtos e
resíduos. Materiais de construção, de águas minerais, cimenteiras, petrolíferas são
industrias NORM.
É necessário criar um sistema de controlo consistente e confiável destes materiais
NORM. Há que melhorar os métodos e sistemas de medição usados in-situ. São
necessários padrões específicos.
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2. Radionuclidos no ambiente e na industria (cont.)
Desafios
A mudança climática é uma das preocupações
da sociedade. Terá de ser realizada investigação
para obter uma compreensão mais exacta dos
diferentes parâmetros com impacto nessas
mudanças, seja no passado, presente ou
futuro e obter modelos melhores. Neste âmbito,
os radionuclidos jogam um papel significativo
como traçadores.
Emissões de CO2 fóssil podem ser monitorados por medições de 14C. A mesma
técnica pode ser aplicada para distinguir entre o uso de combustível fóssil ou
biocombustível. A metrologia do 14C é essencial.
.
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3. Novos conceitos dosimétricos para a interacção
da radiação com a matéria
Desafios
A grandeza dosimétrica central nas aplicações médicas
das radiações principalmente na radioterapia é ainda
a dose absorvida na água.
No entanto….
- diferenças na eficácia biológica de diferentes QR em tecidos sãos e cancerígenos
- a grande extensão das diferentes condições de irradiação quando se compara
feixes de fotões, partículas alfa emitida por radionuclidos ou outros
- diferentes radiossensibilidade dos pacientes devido às quais doses equivalentes
não implica tratamento equivalentes
levam à necessidade da definição de novos conceitos dosimétricos.
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MetroMetal –
Ionising radiation metrology for the metallurgical industry
Problema…
As aciarias produzem anualmente milhões de toneladas de aço que pode estar
contaminado devido à fusão de fontes radioactivas que entraram no processo
escondidas na sucata.
As consequências indesejáveis são a contaminação do aço produzido, dos
fornos, da escória, do ambiente e também a irradiação acidental da população
com enormes custos e um forte impacto internacional.
Abordagem com limitações…
• O controlo dos testes radiológicos actuais
não garante a rastreabilidade adequada.
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MetroMetal irá promover uma acção concertada a nível da Europa para
seleccionar os meios mais adequados, desenvolver materiais de referência e
escrever normas técnicas e procedimentos de medição da radioactividade
rastreável ao SI para monitorização das sucatas, escória, fumos e aço de modo
a evitar efeitos de contaminação, risco para as populações e disputas comerciais
levando a uma aplicação uniforme e reconhecimento técnico na Europa.
• O projecto é desenvolvido por 14 INM’s o que garante a aplicação das boas
práticas metrológicas e dos conhecimentos de metrologia neste campo.
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OBJECTIVOS CIENTÍFICOS E TÉCNICOS :
•
Desenvolvimento de métodos optimizados rastreáveis ao SI para o controlo e medição da
radioactividade em cada fase do processo da fundição (carga da sucata, aço, escória e fumos).
•
Desenvolvimento de padrões de
referência para o aço, escória e pó/fumos
contendo uma actividade conhecida de
alguns radionuclidos (60Co, 137Cs, 192Ir,
226Ra e 241Am) considerados como
potenciais contaminantes. Serão preparados
em geometria e matrizes que vão ao
encontro da situação existente nas siderurgias.
•
Concepção de um espectrómetro optimizado para a medição da actividade no aço, pó e escória
e a sua realização e testes nos laboratórios dos participantes de dois protótipos.
•
A avaliação de ambos os protótipos nos utilizadores (aciarias).
•
Desenvolvimento de recomendações técnicas para os Comités nacionais e europeus de normas
para a monitorização da radioactividade (exemplo, calibração de sistemas de medição,
monitorização on-line da produção de aço e sua certificação).
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IMPACTO
Industrial: Disponibilidade de novos materiais de referência rastreáveis ao SI assim como novos
equipamentos e procedimentos técnicos para a detecção e medição da radioactividade nas cargas de
sucata, pó/fumos e aço.
Financeiro: Redução do numero de ocorrência de “falsos alarmes” na industria e redução de
desnecessárias paragens na linha de produção. Certificação de lotes de aço mais consistente e uma
possível redução nos custos devido a disputas com origem nalguma inconsistência de dados entre as
diferentes companhias ou/e países.
Social: Redução significativa do risco de irradiações acidentais evitando riscos desnecessários para
a saúde dos trabalhadores e população em geral.
Ambiental: A disponibilidade de métodos metrológicos rastreáveis introduzirá procedimentos de
decisão objectivos que ajudarão a evitar contaminações do ambiente.
Normas: As recomendações técnicas desenvolvidas darão as bases metrológicas para uma revisão
da actual diversidade de regulamentos. As Normas técnicas para a monitorização da radioactividade
de aços beneficiarão do projecto.
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MetroNORM –
Metrology for processing materials with high natural radioactivity
Problema…
Concentrações elevadas de radioactividade podem estar presentes em muitos
recursos naturais. As indústrias europeias que exploram estes recursos podem
causar uma exposição reforçada aos NORM (materiais radioactivos que ocorrem
naturalmente) em produtos, subprodutos e resíduos.
Níveis não controlados de radioactividade associada aos NORM podem resultar
num incomportável fardo económico para a indústria.
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Indústrias NORM relevantes
Extracção de terras raras
Processamento de minério de nióbio/tantalo
Produção de pigmentos TiO2
Industria de petróleo e gás natural
Industria dos fosfatos
Industrias cimenteira e de materiais de construção
Industria da água mineral
Fundição do estanho, chumbo, cobre
Industrias de reciclagem
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OBJECTIVOS CIENTÍFICOS E TÉCNICOS:
•
Desenvolver materiais de referência e fontes padrão para permitir uma calibração precisa e
rastreável de instrumentos de medição desenvolvidas dentro do Projecto.
•
Desenvolver sistemas de medição para melhorar a determinação do teor radioactivo de materiais,
matérias- primas, resíduos e subprodutos in-situ.
•
Harmonizar os procedimentos de medição in-situ realizados na indústria NORM Europeu e
introduzir novos métodos.
•
Melhorar a qualidade dos dados disponíveis para intensidades de emissão alfa e gama ou raio-X.
•
Testar os procedimentos de medição e dispositivos de medição desenvolvidas neste projecto nas
instalações do utilizador final in-situ.
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IMPACTO
•
Maximiza a recuperação de NORM valiosos no processamento industrial.
•
Minimiza os resíduos radioactivos que se originam de NORM
•
Redução de custos de repositório
•
Redução de disputas comerciais
•
Redução de incertezas nas medidas em particular nas medições on-site.
•
Melhoramento dos dados de decaimento de radionuclido relevantes.
•
Melhoramento da protecção dos trabalhadores, da população e ambiente dos níveis
de radiação originados nos NORM.
•
Disponibilidade dos novos sistemas de medição para medições em laboratório e em
on-site dos NORM
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Conclusões
A Metrologia é central para a passagem dos padrões primários (física) e métodos de
calibração para aplicações em benefício da indústria e da sociedade.
A Metrologia é promotora de tecnologia para as necessidades societais emergentes..
A Metrologia pode ser o veículo para a competitividade das empresas fazendo a ponte
entre investigação e indústria.
A matriz dos projectos EMRP é estabelecer canais de comunicação eficazes com a
comunidade e com os utilizadores finais.
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Agradecimentos
J. Cardoso, L. Santos, M. Reis, I. Paiva, L. Portugal, C. Cruz e
André Saraiva.
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Obrigado pela atenção
Better standards
Better life
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