Um medidor de pesquisa de sonda de fibra óptica extensível para material radioativo de ocorrência natural (NORM) e outros emissores fracos

Sep 01, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11918 (2023) Citar este artigo

187 acessos

Detalhes das métricas

Desenvolvemos um medidor de pesquisa baseado em radioluminescência para uso em indústrias nas quais há envolvimento com material radioativo de ocorrência natural (NORM), também para apoiar aqueles que precisam detectar outros emissores fracos de radiação. A funcionalidade do sistema enfrenta deficiências específicas dos medidores topográficos portáteis que estão sendo utilizados atualmente. O dispositivo acopla um cintilador LYSO:Ce a um fotodetector por meio de um guia de onda de fibra óptica de polímero, permitindo uma inspeção "intrinsecamente segura" em tubulações, separadores, válvulas e outros componentes semelhantes. A sonda de fibra óptica de pequeno diâmetro é eletricamente passiva, imune a interferências eletromagnéticas e quimicamente inerte. O circuito de leitura é totalmente incorporado em um invólucro portátil que abriga um circuito de detecção fotomultiplicador de silício (SiPM) e um circuito microprocessador conectado a um display LCD. Um guia de ondas de fibra óptica PMMA flexível de 15 m de comprimento é acoplado a uma sonda de plástico ABS que retém o cintilador LYSO:Ce. Os testes iniciais incluíram o uso de fontes mistas de raios gama baseadas em laboratório, sendo as medições feitas em conjunto com um medidor de pesquisa GM convencional de referência. A caracterização, através de fontes NORM em uma instalação de descontaminação, mostrou sensibilidade útil, cobrindo a faixa de taxa de dose de 0,10 a 28 µSv h-1 (R-quadrado 0,966), estendendo-se até 80 µSv/h, conforme demonstrado no uso de um Cs- 137 fonte. O sistema demonstra fornecer uma ferramenta eficaz para detecção de radioatividade em locais de difícil acesso, em particular para fontes que emitem baixos níveis de radiação, até valores próximos aos de fundo.

A necessidade de determinações do nível de radiação acima do fundo está bem documentada, principalmente no que diz respeito às indústrias extractivas e indústrias a jusante associadas, exigindo que o material radioactivo que ocorre naturalmente (os chamados meios afectados por NORM) seja manuseado com o devido respeito pela saúde e segurança, minimização da criação de resíduos e reutilização de mídias afetadas por NORM desativadas. Tais questões são enfrentadas, por exemplo, na indústria do petróleo e do gás (O&G), na indústria de beneficiação de minerais, no manuseamento de sucata e nos materiais destinados à exportação. Além disso, no contexto da segurança, há necessidade de uma capacidade mais versátil na detecção de fontes antropomórficas que, por diversas razões, podem emitir apenas em níveis fracos. Em ambas as áreas, e em particular para efeitos de desminagem, poderá haver necessidade de fazer determinações em locais de difícil acesso, tema que o presente trabalho procura confrontar. Os resíduos radioativos no negócio upstream de petróleo e gás manifestam-se como lamas e incrustações. A detecção de NORM encontrada nas partes internas de vários componentes pode ser complexa em virtude das formas e tamanhos dos itens envolvidos (incluindo curvas em tubos, muitas vezes de diâmetro interno limitado), locais de difícil acesso e itens de comprimentos de até cerca de 15 m e mais. O monitoramento seguro e regular de sistemas e matérias-primas é essencial.

Ao inspecionar tubulações em busca de material radioativo de ocorrência natural (NORM), questão na qual o presente trabalho se concentrará, servindo também como plataforma para outros desafios semelhantes, determinar a presença de radioatividade é uma questão de considerável necessidade. Isto poderá ter de ser feito para níveis de emissão que se aproximem mesmo dos níveis de base, dependendo dos requisitos legais, também no que diz respeito ao grau de precisão necessário. Longas extensões de tubulações, separadores, furos, componentes de restrição de fluxo, rachaduras e outros locais com espaços apertados podem precisar ser verificados. Os sistemas de inspeção devem ser robustos, também com capacidade para que os sistemas de detecção funcionem em ambientes aquosos e outros similares, bem como na presença de gases explosivos. Na indústria de petróleo e gás a montante, também noutras indústrias extractivas e de beneficiação, o NORM é frequentemente encontrado em locais que são, sem dúvida, tipicamente de difícil acesso. Em situações que envolvem grandes quantidades de materiais afetados, trabalhar com estes pode representar um risco potencial para os trabalhadores. Além disso, pode tornar-se difícil eliminar os meios afetados, uma vez que a reciclagem de sucata metálica exige uma ausência validada de radioatividade detetável. Por conseguinte, a medição da radiação em níveis baixos torna-se importante, nomeadamente para as indústrias afetadas, nomeadamente no que diz respeito ao desmantelamento de instalações e à reutilização ou reaproveitamento de material inspecionado. A maioria dos atuais dispositivos comerciais de medição de radiação não são intrinsecamente seguros, não são capazes de fazer medições remotas, não permitem trabalhar em ambientes aquosos e são menos eficazes na realização de determinações de radioatividade que resultam apenas em emissões fracas de raios X ou gama. Mesmo dado o potencial para componentes beta mais fortes (por exemplo, Pb-210 não suportado), em tais circunstâncias, as medições feitas externamente às tubulações ou outras blindagens podem falhar a detecção das emissões beta de curto alcance (sendo de algumas dezenas de cm apenas no ar). ).