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IMPLANTAÇÃO DE UM PADRÃO PRIMÁRIO DA GRANDEZA EXPOSIÇÃO
PARA FEIXES DE RAIOS-X.
JOSÉ GUILHERME PEREIRA PEIXOTO
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRA
MAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL
DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PA
RA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA
NUCLEAR E PLANEJAMENTO ENERGÉTICO.
Aprovada por:
Caíaos Eduardo- V, de Almeida, Ph.D.
Sh^/gueo Watanabe, Ph.D.
Bernard /Marie Marechal, D.Sc.
Eugerílo Roberto xlecatti, M.Sc.
Rio de Janeiro,RJ 7 Brasil
Abril de 1991
ii
PEIXOTO,JOSÉ GUILHERME PEREIRA
Implantação de um padrão primário da
grandeza exposição para feixes de raios-X
- Rio de Janeiro - 1991
75 , 10 , 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M . S c ,
Engenharia Nuclear, 1991)
Tese - Universidade Federal do Rio de Ja
neiro, COPPE
1 - Padronização Primária - Física Nucle
ar Aplicada I - COPPE/UFRJ II . -
Título (série)
B I O G R A F I A
Meu filho, José Guilherme Pereira Peixoto, que defende esta tese de mestrado, onde amadureceu com o estudo e a forca de vontade, nascido em 12 de outubro de 1963, na cidade de Teresõpolis onde se formou em técnico em contabilidade e trabalhou adquirindo conhecimentos. Começando assim realmente a sua caminhada, fez vestibular, passando e iniciando seu curso de física na Universidade Federal Fluminense - UFF, onde se destacou.como monitor de métodos matemáticos I e II sendo aprovado em processo seletivo com o grau máximo. Desde 1985 fói aluno de iniciação científica na área de física nuclear, em 1987 prestou exame para o Programa de Engenharia Nuclear •- COPPE/UFRJ, onde foi aprovado. Apôs o término do primeiro período, trancou matrícula. 0 homem é maior que seus erros e limitações e seus destinos podem ser corrigidos, os desvios de seu caminho podem ser retificados sempre, nunca- é tarde para tentar uma nova experiência, nunca é tarde para iniciar outros rumos, o primeiro passo é sair de casa e partir, mesmo que não haja a certeza da chegada, mesmo na dúvida de quem não sabe se o sonho irá concretizar-se mais adiante. Assim, meu filho apôs trancar matrícula iniciou seu estágio no Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
- INMETRO, no laboratório de tensão e corrente elétrica onde aprendeu a gostar da metrologia.
O homem é maior que suas fraquezas, se um passo nos pode jogar no fundo do abismo, outro nos pode fazer retornar, há gestos que desfiguram o destino humano, outros gestos o redimem, conferindo-lhe novo e mais alto significado. Logo Guilherme retorna ao mestrado, mas j ã com outras expectativas do que queria, em vias de terminar o segundo período, iniciou o trabalho no Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes no Instituto de Ra-dioproteção e Dosimetria, onde tive o prazer de conhecer em visita. Lã encontrou um tema que o entusiasmou, trabalhou duro, apresentou trabalho no III Congresso Brasileiro de Físicos em Medicina, V Congresso Latino Americano de Física Medica. Participou como aluno extra do Curso de Calibração
- AIEA/LNMRI-IRD. Fala-se tanto que o homem vem sendo massificado,
engolido pela máquina fria, opressora, onipotente. Resta uma luz, no entanto: a máquina deixa ao homem o que logicamente ela não pode fazer, pensar.
Agradeço á Deus a oportunidade que meu filho me deu de fazer esta apresentação.
Deus te abençoe,
Jaime Peixoto Laredo
DEDICATORIA
Dedico este trabalho a todos os estudantes, que
por vários motivos, não concluiram seus estudos.
A G R A D E C I M E N T O S
A Carlos Eduardo de Almeida pela orientação segura e objetiva, além do apoio e esforço dedicado a conclusão deste trabalho.
A José Carlos Borges pela dedicação na realização deste trabalho.
A Edson Afonso, pesquisador responsável pelo laboratório de tensão e corrente elétrica do INMETRO, pela didática nos meus primeiros passos na metrologia e, principalmente, por toda a força e amizade.
A Laura Rodrigues, que teve a paciência de me acompanhar no LNMRI.
A Anamélia Mendonça, diretora do IRD no período de'execução do trabalho, pela liberdade de ação no instituto.
A Massao Ito, presidente do INMETRO no período de execução do trabalho, a Richard Chan e José Vinge, diretores do CEMCI, pelo apoio e liberdade no uso de suas instalações e ao funcionário Wellington, pela presteza na ajuda a dimensionar o padrão primário de raios-X.
A Guilherme Veloso, Carlos Malamut,. Eugénio Ce-catti, Evandro Pires, Ricardo. Amorim, Luiz Castelo, Sônia Oliveira e Mara Costa pelo apoio na realização deste trabalho e a Lêa de Freitas, Teógenes da Silva, Manoel Ramos, Renato di Prizio, Margareth de Araújo, Luzianete Batista, Célio Leal, Deise do Nascimento, Gisele Cavalcante e Jose •da Cruz, pela convivência no LNMRI.
Ãs meninas da revelação de filmes/Demim pelo uso da câmara escura; ao Laboratório de Detetores pela confecção do cabo de alta tensão; â oficina mecânica pela confecção das bancadas e reforço estrutural do arranj o experimental ; âs oficinas eletrônica e de refrigeração e ao serviço de apoio pela urgência nos serviços; ao Pedro, Evandro e Nei pelos belos desenhos.
Aos professores do Programa de Engenharia Nuclear, representado pelo coordenador, prof. Ricardo Lopes. Ãs secretárias Márcia, Sônia e Jõ. A todos os meus colegas de mestrado, em especial Mareia Fortes e Vilma Ferrari, pela paciência, e a Carlos Castro pelo incentivo.
Agradeço ã fonoaudióloga e amiga Florence Ann Viana.
Agradeço a todos os meus amigos pelo encorajamento na hora mais difícil, em especial a Rosana Santos.
Ao CNPq pela concessão de uma bolsa de mestrado sempre em dia.
Muito obrigado pela colaboração
JOSÉ GUILHERME
Resumo da tese apresentada ã COPPE/UFRJ como parte dos re
quisitos necessários para obtenção do grau de Mestre em
Ciências(M.Sc.) •
IMPLANTAÇÃO DE UM PADRÃO PRIMÁRIO DA GRANDEZA EXPOSIÇÃO
PARA FEIXES DE RAIOS-X.
JOSÉ GUILHERME PEREIRA PEIXOTO
ABRIL DE 1991
ORIENTADORES: CARLOS EDUARDO V. DE ALMEIDA"*"
JOSÉ CARLOS BORGES"1""1"
+ Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ioni
zantes, IRD - CNEN.
++ Programa de Engenharia Nuclear, COPPE - UFRJ.
Dentro do programa de trabalho do Laboratório Na
cional de Metrologia das Radiações Ionizantes - LNMRI, que
faz parte do Instituto de Rãdioproteção e Dosimetria - IRD,
da Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN, está a im
plantação de uma câmara de ar livre a ser utilizada como
padrão primário da grandeza exposição para feixes de
raios-X na região de 100 a 250 kV. Resultados preliminares
obtidos com a câmara de ar livre mostram-se adequados ã sua
utilização.
A utilização de uma câmara de ar livre possibili
ta a determinação absoluta da grandeza exposição. O volume
V X 1
que contém a massa de ar é definido pela .área efetiva do
diafragma e pelo comprimento da região do campo elétrico
aplicado â câmara. Sua utilização permite a coleta quase
que integral do número de ions produzidos através da medida
da corrente de ionização.
O diâmetro do eletrodo coletor é pequeno, e está
posicionado suficientemente longe do feixe de raios-X, de
forma que somente uma pequena quantidade (0,01 %)da ioniza
ção é perdida como resultado da interação de elétrons com o
eletrodo coletor.
Vários parâmetros associados ã medida da grandeza
exposição foram determinados, tais como: absorção no ar,
espalhamento no interior da câmara, curva de saturação, ho
mogeneidade e influência do tamanho do campo de radiação,
controle de temperatura, umidade e pressão atmosférica,
chegando-se ã ótimos resultados, com uma repetibilidade me
lhor que 99,9 %. Esses resultados, embora preliminares,
'favorecem a utilização da câmara testada como o padrão de
sejado.
Abstract of thesis presented to COPPE/UFRJ as partial
fulfillment of the requirements for the degree of Master of
Science(M.Sc).
IMPLEMENTATION OF A PRIMARY STANDARD FOR X-RAY EXPOSURE
JOSÉ GUILHERME PEREIRA PEIXOTO
ABRIL DE 1991
THESIS SUPERVISORS : CARLOS EDUARDO V. DÈ ALMEIDA"1"
JOSÉ CARLOS BORGES + +
+ Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações
Ionizantes, IRD - CNEN.
++ Programa de Engenharia Nuclear, COPPE - UFRJ.
In the scientific program of the National Laboratory for
Ionizing Radiation Metrology of the Instituto de
Radioproteção e Dosimetria, which belongs to the Comissão
M*.ci onal de Energia Nuclear, a free-air ionization chamber
shouId be s tablished as an exposure primary standard for
X-ray s of 10OKV to 250kV of potential range• Preliminary
results showed that the available free-air ionization
chamber was suitable to be used.
The absolute measurement of the radiation quantity
exposure, is performed with a free-^air ionization chamber.
Its geometrical volume, which allows the determination of
the air mass, is defined by the effective aperture area and
I X
by the length of the region where an electrical field is
applied. Most of the ions produced in such volume are
collected as an ionization current.
Since the collecting rod is small, and positioned far away
from the X-ray beam, only a negligible fraction of
ionization (0,01 %) is lost due to interactions with it.
Parameters related to the measurement of the quantity
exposure were evaluated, such as: air absorption,
scattering inside the ionization chamber, saturation , beam
homogeneity, influence Of beam size and influences of
temperature, humidity and atmosferic pressure.Preliminary
determination of correction factors has showed good results
with 99.9% of repetebility and has demonstrated the
reliability of the checked chamber as a standard
instrument.
ÍNDICE PAG
I - INTRODUÇÃO 01 1 . 1 - METROLOGIA 01 1 . 2 - OBJETIVO DO TRABALHO 09
II - REVISÃO DA LITERATURA 11 1 1 . 1 - EVOLUÇÃO DA GRANDEZA EXPOSIÇÃO 11 1 1 . 2 - EVOLUÇÃO DA IDÉIA DA CÂMARA DE AR LIVRE .... 12
III - FUNDAMENTOS TEÓRICOS 16
III.1 - CÂMARA DE IONIZAÇÃO DE AR LIVRE 16
IV - MATERIAIS E MÉTODOS 23 IV. 1 - EQUIPAMENTOS UTILIZADOS 23 IV.2 - MÉTODOS UTILIZADOS 25 IV. 2 . 1 - Alinhamento e homogeneidade do campo de
radiação 26 IV. 2 . 2 - Implantação das qualidades recomendadas
pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas 29 IV. 2 .3 - Montagem do arranjo experimental 31 IV. 2 .4 - Curva de saturação 31 IV.2 .5 - Fatores de correção:
a) Saturação 37 b) Absorção no ar 38 c) Transmissão através das paredes da
câmara 39 d) Radiação espalhada e perda eletrônica .. 40
IV.2 .6 - Avaliação da variação temporal da temperatura na sala de irradiação 43
IV.2 .7 - Tempo de estabilização da altci tensão aplicada ã câmara de ar livre 44
IV.2.8 - Variação volumétrica da câmara de ar livre . 46 TV. 2. 9 - Repeti.bilidade:
a) Com a câmara de ar livre 47 b) Com a câmara Exradin „ - .. «. 48
IV.2 »10 - Comparação entre os padrões primário e secundário .......... « . 50
V - RESULTADOS OBTIDOS »...«.».••.. * 51
VI - DISCUSSÃO a 5 4
VII - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 5 6
VIII - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 58 APÊNDICE I - ESTATÍSTICA UTILIZADA 6 0 APÊNDICE II - PARÂMETROS QUE MODIFICAM O ESPECTRO .. 63 APÊNDICE III - QUALIDADES PADRÃO BIPM, NPL e ENEA .. 66 APÊNDICE IV - IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE AUTOMATIZAÇÃO
DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DE DADOS DO ARRANJO EXPERIMENTAL RAIO-X MG 3 23 .... 68
APÊNDICE V - SELEÇÃO DE TERMOS FUNDAMENTAIS E GERAIS DE METROLOGIA 71
APÊNDICE VI - SIGLAS 75
CAPITULO I : INTRODUÇÃO
"IMAGINE COMO SERIA UMA REUNIÃO INTERNACIO
NAL SEM INTÉRPRETES E, CONSEQUENTEMENTE, O
NÃO ENTENDIMENTO ENTRE OS PARTICIPANTES.
NESTE CASO, OS INTÉRPRETES SÃO O FATOR DE
HARMONIZAÇÃO, PERMITINDO COMPATIBILIZAR AS
EXPRESSÕES DE IDÉIAS"
(WEANY, J.C.C.)
1.1) METROLOGIA
Da necessidade crescente do desenvolvimento tec
nológico, fez-se presente a comparação, que e o ato do con
fronto , do exame simultâneo. Um dado objeto produzido ale
atoriamente poderá não sair da maneira pretendida, uma vez
que o produto final poderá não estar em conformidade tanto
com o projeto original como com suas tolerâncias, definidas
por um processo estatístico. Portanto, torna-se necessário
o estabelecimento de padrões para as grandezas de interes
se . Surgiram então o metro, uma unidade fundamental do
sistema legal de pesos e medidas, adotada pelos franceses
em 1799, que a definiram como " a distância entre duas li
nhas numa barra de platina a zero grau centígrado " , se
guido do quilograma, facilitando o intercâmbio de informa-
çÕes pela padronização da linguagem e dos métodos de traba
lho.
A metrologia, por definição, é a ciência da medi
da, englobando uma grande área da física. Uma medida com
preende uma série de operações com parâmetros físicos ou
sistemas, de acordo com um dado procedimento, resultando
num número relacionado com o fenômeno observado e que re
presenta a magnitude de uma dada grandeza.
A necessidade de uma harmonização entre as medi
das de uma mesma grandeza concretizou-se através da criação
da Convenção do Metro, em 20 de maio de 1875. A partir
daí, foram criados o Comitê Internacional de Pesos e Medi
das (CIPM), o Bureau Internacional de Pesos e Medidas
(BIPM) e vários comitês consultivos para cada área especí
fica. O CIPM tem como função básica supervisionar e defi
nir os programas do BIPM, enquanto o BIPM assegura a uni
formidade mundial das medidas das grandezas físicas. Os
comitês estabelecem as áreas de programa, propondo ao CIPM
a adoção de novos padrões e definindo os processos de in--
\:erco!Pparaçáo entre os vários laboratórios credenciados,
qai.aníir.do assim a coerência metrolõgica entre eles. A fi
gura 01 mo?;Irra a estrutura típica da rede internacional de
metrologia.
Cada nível alcançado dentro desta estrutura, como
por exemplo a padronização primária, necessita de uma maior
confiabilidade metrolõgica, ou seja, maior grau de confian
ça ou certeza dos resultados de testes, análises e medi
ções. A confiabilidade metrolõgica requer portanto, pro
cedimentos, rotinas e métodos apropriados, todos derivados
03
de aplicação de técnicas estatísticas e análise de erros.
Somente assim pode-se afirmar que, como consequência do au
mento do número de medições, aumentar-se-á o número de re
sultados diferentes, sendo portanto necessário compatibili
zar-se os resultados. Obtem-se então, um resultado que po
de ser aceito como o valor correto e harmônico com as defi
nições de repetibilidade e exatidão. Cada laboratório (ou
usuário), além de obter resultados precisos e exatos, deve
manter a estabilidade desses parâmetros, sendo necessários
iguais esforços para cada tipo de medição diferente em va
lor e/ou natureza.
L
< PADRÃO >
BANCADAS
OFICINAS
No Brosil : I N M E T B O - Instituto Nacional de Metrologia
Normalização e Qualidade Industrial
Figura 01: Estrutura da rede internacional de metrologia (Weany, 1982)
A figura 02 mostra, genericamente, uma hierar
quia metrolõgica apresentada da forma piramidal.
A hierarquia torna-se imprescindível, pois entre
dois valores igualmente precisos, não é possivel adotar-se
um deles como o valor correto. Embora deva sempre existir
um harmonizador interno ou externo para estabelecer corre
ções, referindo-se os resultados a um certo padrão, os va
lores devem ser tomados como corretos somente após essa
harmonização. Dentre os principais fatores que afetam o
resultado pode-se destacar:
a)RESPONSABILIDADE: A integridade e o senso de responsa
bilidade do operador são imprescindíveis, pois não há sis
tema que resista ã falhas humanas, especialmente as de ca
ráter não acidental.
b)TREINAMENTO: Está intimamente associado ao anterior,
sendo que, um operador consciente da importância do assun
to, deverá ter o máximo de cuidado para não se aventurar em
terreno desconhecido.
c)PROCEDIMENTO PADRÃO: Uma metodologia deve ser forneci
da ao operador para minimizar a ocorrência de erros e dife
renças entre medições quase iguais.
/ S N M \
LABORATÓRIO MESTRE NACIONAL
/ P a d r õ » » d » \ / d « R * f * r » n e l a \
/ Ar f« fato» \ / d « Trontrwrancia \
LABORATÓRIO DA REDE METROLOGICA
/ Ar l« fato« \ / dt Tronif«rancia \
/ ln«lrum«nto« ti* R«f «r«ncia \ LABORATÓRIO DEENSAIO
E C E R T I F I C A D O
/ Equipamento» / d»Ttstat M«diçôo
\ ESTAÇÕES DE MEDIÇÃO DE \ T I P O INDUSTRIAL
Figura 02: Hierarquia metrológica piramidal (Weany, 1982)
05
Além desses, ha outros fatores, como recursos e
condições diferentes, instrumentos variados, etc. Entre
tanto, o núcleo básico invariável a ser tratado com o máxi
mo cuidado é o que engloba os três itens acima.
Um padrão e um instrumento de medição, projetado
para medir, representar fisicamente, conservar ou reprodu
zir uma dada grandeza, conforme Apêndice V. Os instrumen
tos são divididos em padrões primário, secundário, terciá
rio, nacional e instrumento de referência, sendo:
a)Padrão Primário: Sistema de altíssima qualidade metro-
lõgica que permite a determinação de medições de uma dada
grandeza física básica, de acordo com sua definição, com
alto 'grau de exatidão, verificada através de comparações
com padrões de mesmo nível hierárquico de outras institui
ções participantes do sistema internacional de metrologia.
b)Padrão Secundário: Sistema calibrado por comparação a
um padrão primário.
c)Padrão Terciário: Sistema calibrado por comparação a
um padrão secundário.
d)Padrão Nacional: Padrão reconhecido por uma delibera
ção nacional oficial, com base nos valores fixados pelo pa
ís , sendo todos os seus outros padrões de ordem igual ou
menor.
e)Instrumento de Referência: Instrumento de medição com
desempenho suficientemente alto e estável, usado somente
para calibrar outros instrumentos.
Através de dados obtidos em laboratórios ou atra
vés das observações decorrentes de eventos como Chernobi1,
por exemplo, ficou clara a real importância de uma coerên
cia metrológica obtida por uma rede internacional de metro
logia.
Numa reunião da Agência Internacional de Energia
Atômica (AIEA) , em Caracas - Venezuela, em 1968, foi cons
tatada a não existência de laboratórios que pudessem cali
brar e efetuar intercomparações dos sistemas dosimétricos
que assegurassem um mínimo de coerência metrológica entre
os vários laboratórios e hospitais. Foi então proposto c
estabelecimento de laboratórios de calibração, mais tarde
chamados de Laboratórios de Dosimetria Padrão Secundãric
(SSDL)• Estes laboratórios deveriam ser equipados com sis
temas padrão secundário, ou seja, sistemas de referencie
calibrados contra um padrão primário, ligando-se assim, l
rede metrológica internacional. Esta coerência metrológica
formaria então a base de decisões com embasamento científi
co , sem utilizar valores super-estimados como estratégia de
segurança, uniformizando o sistema de informação ao públi
co .
Uma hierarquia metrológica fez-se necessária (
classificando os Laboratório de Dosimetria Padrão:
a)Laboratório de Dosimetria Padrão Primário(PSDL): É ui
laboratório nacional, designado pelo governo para desenvol
ver e conservar o padrão primário de uma dada grandeza. U]
PSDL participa do sistema internacional de medida atravé.
de comparações com o Bureau Internacional de Pesos e Medi
das (BIPM), e promove serviços de apoio aos Sistemas de pa
drão secundário.
07
b)Laboratório de Dosimetria Padrão Secundário (SSDL) : É
um laboratório designado pelas autoridades competentes para
prover serviços de calibração através dos seus equipamentos
calibrados em laboratórios primários.
A implantação de um laboratório de metrologia re
quer investimentos altos para a preparação de uma infraes-
trutura apropriada, incluindo laboratórios climatizados e
equipamentos com alto teor tecnológico, além de pessoal al
tamente qualificado. Este esforço decorre da ampla utili
zação de fontes de radiação nas áreas médica, industrial e
de pesquisa, tornando-se necessárias medidas mais exatas
que minimizem o risco associado e permitam sempre um bene
fício líquido positivo dessas aplicações.
Estes laboratórios necessitam de acomodações e
localização adequadas ãs suas necessidades.
Nos últimos anos, o BIPM tem mantido uma ligação
estreita com a AIEA, com o objetivo de fortalecer a rede
mundial de laboratórios secundários da AIEA, melhorando o
seu nível de rastreabilidade compatíveis com as exigências
recomendadas pela rede metrolõgica internacional, conforme
ilustra a figura 03.
Em medicina, onde a radiação ionizante é bastante
utilizada, a coerência metrolõgica permite um maior enten
dimento dos resultados clínicos obtidos por diferentes hos
pitais .
A figura 04 descreve a cadeia lógica de dissemi
nação das grandezas usadas em radioterapia no LNMRI (de Al
meida 1989), Atualmente, toda a operação baseia-se em pa-
B 1 PM
ÄFF. PSDL.
A EA W H O COLL. ORG
NETWORK S E C R E T A R I A T
DOL SSDL SC.COMM
S S O L .
U S E R
Obs: siglas no apêndice VI.
Figura 03: Rede internacional de metrologia(IAEA,1979)
E S Q U E M A S E N D O I M P L E M E N T A D O P A R A D I S S E M I N A Ç Ã O
DAS U N I D A D E S U T I L I Z A D A S EM T E R A P I A
DOSE ABSORVIDA EXPOSIÇÃO(R)OU KERMA NO AR (J/Kg) (RAD) (GRAYf
••• • • A v /•"• - —^ \
Co-60*R* E E I c i r o n
A L T A E N E R G I A FAIXA DE ENERGIA
8 5 - 8 0
kV 8 0 - 3 0 0
kV
PADRÃO PRIMARÃO
\
C A M A R A D t
Ari L I V R E
P E Q U E N A
C A M A R A D E
AM L U f f t E
O R A N U E
C A M A R A
C A V I T A R I A
R E D
C A L O R Í M E T R O DE A G U A
CALIBRAÇÃO r
/ I
IRD
PADRÃO SECUNDÁRIO
\
PADfvOey SECUNDARIOS SSDL / RIO
C A M A R A D E P L A C A S
P A R A L E L A S
C A M A R A
D E D A L
C A M A R A D t D A L
C A P A
C A M A R A
C A V I T A R I A
CALIBRAÇÃO
INSTRUMENTOS DE CAMPO
A R A R A R PHANTON GRAFITE+ H 20
DOSÍMETROS CLÍNICOS
HOSPITAIS. ETC.
Figura 04: Cadeia de disseminação das grandezas do LNMRI(de Almeida, 1990)
09
drÕes secundários, e assim será até que os padrões já im
plantados demonstrem um alto grau de estabilidade a longo
prazo para que seu valor absoluto possa ser utilizado como
rotina (como será também o caso do padrão primário de ra-
ios-X descrito neste trabalho).
1.2) OBJETIVO DO TRABALHO
A necessidade de determinar-se a medida absoluta
da resposta-dos dosímetros ãs radiações, levou os Laborató
rios Padrões a diferentes projetos de câmaras de ionização.
Os instrumentos empregados na determinação experimental
dessa grandeza, são as câmaras de ar livre, que podem ter
diferentes geometrias (cilíndricas, placas paralelas,...) e
permitem um conhecimento exato da massa de ar onde ocorre a
ionização.
O volume que contém a massa de ar é definido pela
area efetiva do diafragma e pelo comprimento da região do
campo elétrico aplicado â câmara. Sua utilização permite a
medida da corrente de ionização através da coleta quase que
integral do número de íons produzidos(obedecendo-se â defi
nição de exposição, que requer a medida total da ionização
produzida).
As instalações de câmaras de ionização de ar li
vre estão restritas a laboratórios nacionais de alguns paí
ses . Entretanto, vários outros laboratórios tem mostrado
interesse na padronização primária. Sentindo as necessida
des de calibrar periodicamente os seus padrões secundários,
de adquirir competência na medida de grandezas de acordo
com a sua definição, de promover intercomparações naciona:
e internacionais, o Instituto de Radioproteção e Dosimetr:
(IRD), através do Departamento de Metrologia, atual Labore
tório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizante
(LNMRI), recebeu do IPEN/CNEN uma câmara de ionização a c
livre de volume variável, fabricada pela Victoreen, mode]
480, decidindo implantá-la como um dos seus padrões.
Após a caracterização do feixe de radiação e c
câmara de ar livre, obtendo-se a curva de saturação e c
fatores de correção para diferentes geometrias.
O objetivo deste trabalho foi, através da implan
tação das qualidades padrão BIPM, fazer várias medidas d
repetibilidade, em diferentes dias, com diferentes equipa
mentos e tempos de integração, verificando-se o desempenh
desta câmara de ar livre como um padrão primário.
Além da comprovação de sua utilização como padrã
primário, este trabalho propõe, através de um fluxograma,
automatização do sistema de aquisição e tratamento estatís
tii/o de dados.
11
CAPITULO II : REVISÃO DA LITERATURA
TÃO SIMPLES COMO UMA BOLA DE PING-PONG
II.1) Evolução da grandeza exposição.
Em 1895 Roentgen descobriu o raio-X. A câmara de
ar livre foi inicialmente desenvolvida nas décadas de 20 e
30. Em 1928 , a Comissão Internacional de Unidades e Medi
das Radiológicas (ICRU) estabeleceu a unidade Roentgen (R) ,
para quantificar as medidas com a câmara de ar livre, em
homenagem ao pesquisador Roentgen.
Em 1980 a ICRU report 33 definiu a grandeza Expo
sição como o quociente de dQ por dm, onde o valor de dQ é o
valor absoluto de carga total dos ions de um mesmo sinal
produzidos no ar quando todos os elétrons (negatrons e pó-
sitrons) liberados por fótons no ar de massa dm são comple
tamente parados no ar.
X = dQ / dm
A unidade é C kg~l, onde a unidade especial ê o
Roentgen (R), onde: IR = 2,58 x IO" 4 C kg" 1.
II. 2) Evolução da idéia da câmara de ionização de ar livre
A câmara de ionização de ar livre descrita por
Kemp (1945, 1946), tida como convencional, mostrada no pla
no esquemático da figura 05, possui um volume fixo, um con
junto de três placas coplanares opostas e paralelas ã placa
de alta tensão. 0 feixe incidente é equidistante e parale
lo a todas as placas. A distância das placas ao feixe ê
estabelecida além do alcance máximo dos elétrons secundá
rios . Esta câmara oferece vantagem nas medidas rotineiras
de raios-X terapêuticos, considerada por Day (1948) e Kemp
(1954), como um instrumento de alta precisão, embora esta
precisão não seja necessária para o trabalho rotineiro de
clínica, a não ser em certos tipos de medidas. Uma técnica
para um novo tipo de câmara de ar livre foi descrita por
Kemp (1954a, 1954b), sendo observadas indicações quanto â
aceitabilidade da geometria da câmara. Estas investigações
relatam, principalmente, a adequação ou não da geometria,
do comprimento e da largura da blindagem, além da relação
geométrica entre o eletrodo e o invólucro da câmara,.
Attix (1954), observando o uso da câmar.a de ionl-
zaçao de ar livre como instrumento padrão, propôs um pro je-
to para uma nova câmara de ar livre (19 57), uma nova con
cepção, fruto de observações anteriores, onde a nova câmara
levasse em conta o equilíbrio de partículas carregadas e a
consideração de perda eletrônica (1961). vários testes fo
ram então feitos, incluindo a determinação da saturação e o
uso ou não de anel de guarda para eliminação da instabili
dade. Em 1964, a câmara de ionização de ar livre de volume
Figura 05: Plano esquemático da câmara de ar livre de placas paralelas(Attix, 1986)
V - Volume efetivo; V
- Volume; P - Ponto utilizado para referência;
el,2,3 ~ elétrons; G - Anel de guarda.
i
variável foi patenteada, sendo colocada em escala de produ
ção em 1966, pela Victoreen, cujo modelo 480 é mostrado na
figura 06.
0 laboratorio primário italiano, Laitano (1984),
implantou uma câmara de ionização de ar livre de volume va
riável , como padrão primário para a grandeza exposição de
raios-X, comprovando assim as indicações preliminares sobre
o seu funcionamento. Convém registrar que o equipamento de
irradiação utilizado é similar ao do LNMRI, facilitando uma
ligação direta com o trabalho.
Figu
ra 06
: Pl
ano
esqu
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B;B'
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CAPITULO III: FUNDAMENTOS TEÓRICOS
"NOVAS IDÉIAS, ANTIGOS IDEAIS"
(Banco Boavista)
A exposição, X, descreve o campo das radiações X
e gama, em termos da sua capacidade de ionizar o ar. A ex
posição é a terceira importante grandeza não-estocãstica
fundamental relacionada com a física radiológica. Histori
camente , ê a mais antiga das três. Era conhecida como dose
de exposição, mas definida somente para fõtons deraios-X e
gama.
Em nota de esclarecimento, a ICRU acrescentou " a
ionização surgida da absorção do bremsstrallung emitido pe
los elétrons estão excluidos de dQ".
A taxa de exposição em um ponto "p" num dado tem
po '* v' » é dada como " o quociente de dX por dt ", onde o dX
e o vf\Ior absoluto da exposição no tempo dt.
III. 1) Câmara de ionização de ar livre
A câmara de ar livre ê o instrumento empregado
para a determinação experimental da grandeza exposição.
Instalações com câmaras de ar livre restringiam-se princi
palmente a alguns laboratórios padrões, mas recentemente.
17
outros laboratórios tem mostrado interesse neste padrão.
0 projeto da câmara de ar livre permite uma pre
cisão nas medidas de exposição.
A típica câmara de ar livre de placas paralelas,
chamada de convencional,ê mostrada esquematicamente na fi
gura 05, onde o volume de ar considerado para a medida de
exposição, e definido pela área "A" da entrada do diafragma
e pelo comprimento "L" do eletrodo coletor,
Se as linhas de campo elétrico entre o eletrodo
coletor e o eletrodo de alta tensão forem perpendiculares
para ambos os eletrodos, o volume de ar é dado pela equa
ção.
V = A . L (01)
Um sistema de guarda, G, é geralmente associado â
cada câmara, a fim de minimizar o efeito de distorção do
campo elétrico nos finais do eletrodo, sendo necessário a
introdução de um fator de correção.
A câmara de ionização de ar livre de volume va
riável, projetada por Attix (1957) , difere em geometria e
em operação da câmara de ionização convencional de ar li
vre , com algumas vantagens:
a) Existe equilíbrio de partículas carregadas;
b) Não há necessidade de uniformidade do campo elétrico.
c) A massa de ar é definida com mais exatidão, uma vez
que a incerteza no comprimento do eletrodo coletor ê
eliminada.
Uma descrição das características da câmara foi
publicada em sua patente (1964), mas vale a pena ressal-
tar-se alguns aspectos típicos do instrumento.
A câmara possui dois cilindros telescópicos de
alumínio, figura 06, que podem ser deslocados independente
mente um do outro ao longo do seu eixo, figuras 07 e 08. O
comprimento da câmara varia de 60,0 cm quando totalmente
expandida, figuras 06 e 08, a 30,0 cm quando totalmente co-
lapsada, figuras 06 e 07. Existe um mecanismo indicador e
um sistema de trava mecânica fora da estrutura da câmara,
com graduação em centímetros, que permite a localização do
seu deslocamento, fora da estrutura da câmara.
As dimensões da câmara de ar livre (Victoreen
1964), vista no plano esquemático das figuras 06,09 e 10
são:
a) Diâmetro Interno dos cilindros (D): 30,0 cm
b) Diâmetro do eletrodo coletor ( d c ) : 0,95 cm
c) Distância entre o eletrodo
coletor e o eixo da câmara (r): 7,0 cm
d) Distância entre o ponto de referência
e o centro do volume da câmara (d): 40,3 cm
i í !• í "i[pp t (•'•':• d o i ; i f r a q m a (df) : 1 ,00044 cm ( I NMivT RO / 19 8 D )
" \ Í L ;" 'i •.. :.. i •. •: a 1Ü
Dois anéis de guarda ao redor do final do eletro
do coletor, isolam o contato do eletrodo com a carcaça,
eliminando urna possível corrente de fuga através do isola
mento da alta tensão.
Entretanto, um sistema de anel de guarda - suple
mentar foi adicionado a cada extremidade da câmara, a fim
de evitar-se problemas de instabilidade.
Figura 07: Câmara de livre de volume variável, sem blindagem, na posição colapsada.
Figura 08: Câmara de ar livre de volume variável, sem blindagem, na posição expandida.
Figura 09: Cilindros da câmara de ar livre de volume variável vistos em sua parte interna.
Figura 10: Diafragma
2 1
O processo de medidas é baseado no "método de
subtração volumétrica", que consiste em duas leituras de
ionização, sendo a sua diferença usada na determinação da
exposição.
A primeira medida é feita com a câmara na condi
ção colapsada, figura 06. Neste caso, a ionização será se
lecionada em duas contribuições, e Jg, produzidas res
pectivamente pelos volumes A e B . Se cada metade da câmara
move-se igualmente de A L / 2 , no plano simétrico, figura 06,
uma maior ionização é observada. Neste caso, são conside
radas as ionizações J 1^, J 1 B e Jy produzidas pelos volumes
A 1 , B 1 e V , respectivamente.
Pode-se assumir que:
í J A + J B ) = ( J , A + J , B ) (0 2 )
A ionização do volume de referência " V " , resulta
da ionização medida no volume A ' (expandida) que é a mesma
do volume A (colapsada) exceto por uma perda de elétrons e
atenuação no ar. O mesmo pode ser dito para B' e B , exceto
que o efeito é inverso, podendo-se cancelar A 1 com A e B 1
com B, observando-se então um aumento de ionização.
Jv = í J ' A + J ' B + J V ) ~ ( J A + J B ) ( 0 3 )
Portanto, Jy é apenas a diferença entre as medi
das de ionização antes e depois da câmara expandida.
O comprimento da câmara ê o necessário para ob
ter-se o equilíbrio da partícula carregada.
O volume V é determinado pelo conhecimento da va-
riação da distância entre os cilindros e pela área A Q do
diafragma, sendo os valores das distâncias fixas entre os
cilindros vistos na tabela 01, onde a escala de referência
situada na parte lateral da câmara nos fornece os valores
das distâncias entre os cilindros.,
Esta câmara não exige fator de correção para a
não homogeneidade do campo, o que representa uma redução
importante na incerteza quando comparada a uma câmara de ar
livre convencional, muito embora esta premissa será verifi
cada ao longo deste trabalho.
Tabela 01: Distância entre os cilindros(Victoreen/1964).
ESCALA DE REFERÊNCIA
FRONTAL POSTERIOR AL
2,00 2 ,00 2,00 4,00 • 4,00 4,00 3,99 7,99 6,00 6,00 5,99 11,99 8,00 8,00 7,99 15,99
10 ,00 10,00 9,99 19,99 12,00 12,00 11,99 23,99 15,00 15,00 14 ,99 29,99
CAPITULO IV : MATERIAIS E MÉTODOS
"NÂO SE VOLTA SE A META Ê A ESTRELA"
(Leonardo da Vinci)
V.l - EQUIPAMENTOS UTILIZADOS.
A fonte de radiação X utilizada ê de fabricação
Philips, modelo MG 323, de 320 kv, possui um sistema gera
dor de raios-X de potencial constante, Este modelo, pos
sui :
a) Um microprocessador de alta estabilidade, para o con
trole dos parâmetros de interesse;
b) alta tensão obtida por uma medida direta, exata e_. es
tável, através de um resistor;
c) tubo de raios-X com uma janela de 2,2 mm de Berílio.
Alguns pontos importantes deste modelo devem ain
da ser destacados:
a) Alta estabilidade da tensão e da corrente aplicada ao
tubo;
b) alta estabilidade do fluxo de radiação;
d) flutuação periódica da tensão,"Ripple", extremamente
baixo;
e) alta reprodutibilidade dos valores de tensão e corren
te previamente selecionados no painel.
Do ponto de vista experimental o sistema oferece
enorme facilidade de manuseio e segurança, isto é,
a) ajuste automático do valor de exposição, apôs pré-se
leção do programa;
b) observa-se valores distintos de exposição para dife
rentes variações da corrente;
c) completa proteção do tubo de raios-X, que evita erros
operacionais, tipo sobrecarga de corrente ou tensão e
ainda uma má refrigeração do tubo.
0 padrão primário utilizado é a câmara de ioniza
ção de ar livre de volume variável Victoreen modelo 480 sé
rie 114, já descrito anteriormente.
O padrão secundário utilizado como padrão de
transferência é a câmara de ionização tipo dedal
Shonk a -V/y cif o f f fabricada pela Exradin, modelo A2, série
157, feita de material equivalente ¿ 1 0 ar, C-552, esférica
com volume coletor de 3,6 cm-*, espessura da parede de
0,25 mm e área transversal externa de 3,0 cm^.
Os eletrcmetros utilizados para medida de feixe,
são três'unidades fabricadas pela Keithley, modelo 616, sé
ries 284211, 284189 e 284205.
Este modelo possui ajuste automático de escala
dentro da faixa desejada, sendo essencialmente um multíme
tro digital otmizado para medidas de fonte de impedância
alta, possuindo uma grande capacidade para medir corrente,
resistência e carga.
0 eletrometro utilizado com a câmara de transmis
são para controle do feixe é de fabricação da PTW, modelo
IQ4 compondo um sistema dosimétrico com uma câmara de pla
cas paralelas IEC, modelo 731. Este sistema pode ser usado
para medir raios-X, gama e elétrons. 0 IQ4 possui compo
nentes modernos a base de serai-condutores, e um sistema au
tomático de acionamento do obturador,"shutter", do feixe de
raios-X, eliminando assim a instabilidade que poderia ser
causada quando do acionamento do raio-X para cada medida.
A fonte de alta tensão Ortec,modelo 459, série
2849/24, possui excelente estabilidade para uma faixa de
0 a 5 kV, compatível com nossas necessidades.
IV.2 - MÉTODOS UTILIZADOS.
As variações de temperatura e pressão que in
fluenciam diretamente no valor da massa de ar na câmaras
utilizadas neste trabalho foram consideradas na equação 04,
enquanto a umidade relativa do ar foi mantida entre 40 e
70 %
4 (P,t) = [(273,15 + t)/293,15] * (101,325/P) (04)
onde t e P são os valores de Temperatura(°C) e Pressão(kPa)
a cada medida, normalizando assim para a temperatura de
20 °C e para a pressão de 101,325 kPa.
IV,2.1 ) Alinhamento e homogeneidade do campo de radiação.
Uma fonte de raio laser foi instalada na parede
oposta ao tubo de raios-X e alinhada com o centro do—campo
de radiação, permitindo o alinhamento da câmara de forma
adequada a reprodutibilidade de seu posicionamento, confor
me arranjo experimental 01«
O alinhamento do eixo da câmara de ar livre com a
sua base e desta com o feixe de raios-X , foram realizadas
as seguintes etapas:
a) Reflexão em espelho plano:
Um espelho foi colocado na superfície frontal da
blindagem que envolve o tubo de raio-X após a retirada dos
colimadores a fim de facilitar a sua colocação.
Usando-se então a técnica de reflexão no espelho
plano, nivelou-se o laser com o raio central do feixe de
i*aios-X fazendo-o incidir no espelho.
A câmara de ar livre totalmente livre dos cilin
dros internos foi alinhada utilizando-se a mesma técnica.,
b) Anã] i se densi tome trica de um filme i r radiada
Um filme Kodak, tipo-X M-5, foi co Locado no p S a • 10
de referencia perpendicular ao feixe de ralação, usando-se
uma qualidade de feixe caracterizada pela tensão de
250,0 kVp, corrente de 11,1 mA, filtração adicional de
1,594 mm Cu + 1,108 mm Al e camada semi-redutora de
2,47 mm Cu. 0 filme foi irradiado, âs distâncias de 100,0
cm e 350,0 cm, marcando-se seu centro, com o auxílio do la
ser , como ponto de referência no filme•
Arranjo experimental 01: Nivelamento do laser no centro do campo de radiação.
1 - Tubo de raios-X
2 - Carro mestre
3 - Feixe de raios laser
4 - Laser
28
Através de uma tela fluorescente, o tamanho de
campo foi estimado, definindo-se o tamanho do filme a ser
usado. O filme centralizado no laser foi exposto a uma ta
xa de aproximadamente 12 R/min.
Algumas precauções foram tomadas durante a reve
lação do filme, a fim de garantir-se a observância da téc
nica utilizada, ou seja, as condições de revelação sao,
2,5 min na solução reveladora, 3,0 min na solução cataliza-
dora, 15,0 min na solução fixadora, 30,0 min na água cor
rente, 120,0 min no secador ã ar quente.
A leitura dos filmes no densitômetro foi feita
através de marcação subdividida em 0,5 cm e normalizadas ao
ponto zero, neste caso o centro do filme.
Após a revelação, foi verificado um pequeno des
locamento do raio laser em relação ao feixe de raios-X in
cidente.
Através da relação de semelhança de triângulos,
utilizando-se os dois filmes irradiados, o foco do laser
foi deslocado até o ponto central do feixe incidente, tor
nando-se então a conferir a coincidência com a reflexão ao
espelho.
Após esta correção, foram colocados novos filmes
nas mesmas distâncias pa^i confirmar-se o ajuste.
Através desses filmes, foram obtidas a planura e
a uniformidade do feixe, que podem ser comparadas com as
medidas da câmara Exradin, mostradas na figura 11.
c) Homogeneidade de campo obtida com a câmara Exradin.
A planura e uniformidade do campo, foram também
29
obtida utilizando-se a câmara Exradim, para a mesma quali
dade de irradiação dos filmes, obedecendo o seguinte proce
dimento, conforme arranjo experimental 02.
- • colocou-se uma régua (graduada em centímetros) fixa ao
carro mestre, um indicador na câmara Exradin que era deslo
cado em intervalos de 0,5 cm, sendo suas leituras normali
zadas para o centro.
- no eixo vertical a câmara foi fixada com sua haste na
horizontal, para evitar-se o efeito haste, servindo-se a
mesma como indicador na régua graduada colocada na verti
cal, sendo as leituras normalizadas para a leitura central,
conforme mostra a figura 11.
IV.2.2 ) Implantação das qualidades recomendadas pelo
Bureau Internacional de Pesos e Medidas - BIPM.
A exemplo do Laboratório Primário Italiano -
E.N.E.A., foram implantadas as qualidades de feixes reco
mendadas pelo B.I.P.M. este procedimento que envolvem a es
colha de uma tensão, de uma corrente no tubo, e da filtra
ção adicional. As medidas de camada semi-redutora e taxa
de exposição foram realizadas com uma câmara Exradin. Obe
decendo as recomendações jã existentes para tal procedimen
to.
Embora a emissão total dos raios-X dependa tanto
do numero de elétrons que interagem com o alvo, como da
•corrente no tubo, a qualidade da radiação não será alterada
por variações da corrente, conforme apêndice II.
A roda de filtros adicionais e o sistema de fi1-
tros da camada semi-redutora, foram montados utilizando-se
*0 ^ 5
1 I I M I I I M I J M I I 11II 11 1 11 1 i m i i l l I I 1 I I I J 1! 1 11II11 1 11 111 1 li 11 1 m n n i n r m M U u n i i i i i i i n I u n i
(a) Varredura na horizontal
t.>
6
ti
7
« 3
(b) Varredura na vertical. Arranjo experimental 02: Uso do padrão secundário para
avaliação da homogeneidade. 1- Câmara Exradin 2- Régua 3- Base do carro mestre 4- Movimentação para a esquerda 5- " " a direita 6- " subindo 7- " descendo
31
um micrometro Mitutoyo, aferido recentemente pelo INMETRO.
A câmara Exradin foi colocada á 100,0 cm do alvo
do tubo, a roda de filtros adicionais junto à blindagem do
tubo de raio-X e a câmara de transmissão posicionada na sua
frente.
A corrente no tubo foi elevada em passos de
0,1 mA, até obter-se uma taxa de exposição próxima a do la
boratório primário italiano.
Após fixadas a tensão no .tubo, a filtração adi
cional e a corrente, foram determinadas as camadas semi-re-
dutoras.
A tabela 02 relaciona as condições de operação
segundo recomendações do BIPM.
IV.2.3 )Montagem do arranjo experimental
0 arranjo experimental, figuras 12 e 13, foi pro
jetado e construído no Instituto de Radioproteção e Dosime
tria - IRD, observando-se as características da sala onde
se encontra a unidade de raio-x 320 kV. Os suportes foram
confeccionados em ferro, com trilhos, carrinhos e sistema
de ajuste .fino em aço inoxidável, de forma a suportarem o
peso de 130 kg da câmara e a garantirem a sua integridade
física e estabilidade mecânica a longo prazo, observados
esquematicamente no arranjo experimental 03.
IV.2.4 ) Curva de saturação
A curva de saturação foi obtida colocando-se a
câmara de ar livre na posição de irradiação, com a filtra
ção adicional referente ã cada qualidade implantada, va-
%
6 4 2 0 2 4 6 (.;••
• — F I L M E K O D A K
— C A M E R A E X R A D I N
Figura 11: Homogeneidade de campo obtidos com a câmara Exradin e com o filme Kodak tipo X.
33
Tabela 02: Implantação das qualidades padrão recomendadas pelo BIPM no Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes.
TENSÃO NO TUBO DE RAIOS-X(Kv)
100 135 180 250
CORRENTE NO TUBO DE RAIOS-X(mA)
6,6 11 ,0 10,9 11,1
FILT. ADICIONAL ( mm )
3,574 Al 0,289 Cu +
1,697 Al
0,514 Cu
1,099 Al
1,594 Cu +
1,108 Al
PRIMEIRA CSR ( mm )
3,965 Al 0,52 Cu 0,99 Cu 2,469 Cu
TX. DE EXPOSIÇÃO ( R/min )
4,14 6,3 9,8 12,7
Fatores de correção
Ki,g. 0,995 0,996 0,997. 1,000
• K a 1,010 1,010 1,006 1,001
K s 1,002 1,002 1,007 1,008
K w 1,000 1,000 1,000 1,000
( . K t 1 1,007 ; 1,008 \ 1,010 1,009 1
onde os fatores de correção referem-se a: K\ g - radiação espalhada e perda de elétrons, K K
- atenuação no ar, s - saturação,
K w - transporte pela parede, Kt - total, produto de todos os fatores de
correção.
Arranjo experimental 03: Saia de irradiação do raio-X 320 kV.
1- Console do raio-X
2- Gerador
3- Tubo de raios-X
4- Mesa da câmara de
a
r li
vr
e
Carro mestre
La.ser
7- Movimento do carro(
d
ire
ita
e e
sq
ue
rda
)
35
Figura 13 Câmara de ar livre de volume variável(direita) e câmara Exradin(esquerda)
riando-se as tensões entre 1000 e 5000,V f em intervalos de
250 V. As correntes de ionização e de fuga foram medidas
para posterior subtração com a câmara expandida e colapsa-
da, em ambas as polaridades, conforme figura 06.
A figura 14 mostra a corrente de ionização re
sultante para cada tensão aplicada ã câmara, para cada uma
das qualidades implantadas.
Figura 14: Curvas de ionização com o aumento da tensão.
V. 2.5) Fatores de correção
a) Saturação
Wyckoff e Attix (1957) destacaram a necessidade
de estabelecer-se um critério prático para a determinação
da corrente de ionização da câmara de ar livre, pois esta
utiliza alta tensão de coleção. Kara-Michaicova e Lea
(1940) recomendaram a técnica de extrapolação, surgindo en
tão a idéia de relacionar-se graficamente o inverso da cor
rente de ionização (I), com o inverso da tensão aplicada a
câmara de ar livre(V). Extrapolando-se para (l/V = 0 ) , ob-
tem-se a corrente de saturação ( I s ) , através da relação
1/1 = 1/I S + C t e / V (05)
A teoria de Boag e Wilson ( 1952 ) , permite ava
liar-se a recombinação inicial, envolvendo uma perda extre
mamente pequena, e a recombinação geral ou volumétrica, de
acordo com a relação.
1/1 - 1/I S + • C t e / V 2 * I/I s (06.a)
Se as condições são ( I I s ) , temos:
l/l = 1/I S + C t e / V 2 (06.b)
Como parte da ionização produzida na câmara de ar
livre é perdida por recombinação ionica, o fator de corre
ção para a saturação é dado pela relação:
K s = I s / I (07)
• "i
onde: I - corrente de ionização na tensão de operação,
I s - corrente de ionização na condição de satura
ção.
Através das recombinações inicial e geral, obti
das através da correlação grafica entre {1/1) , (l/V) e
(l/V 2), determina-se I s , para cada qualidade, com taxas de
exposição entre 0,7 a 13,0 R/min. Para taxas maiores que
1 R/min, que foi o caso deste trabalho, usou-se a recombi
nação geral ( 1/1 , l/V 2 ) , enquanto que para taxas menores
deveria usar-se a recombinação inicial ( 1/1 , l/V ) . As
sim sendo a corrente de saturação I s foi determinada pela
extrapolação da curva (1/1 e l/V 2) para l/V 2 0.
Aplicando-se estes resultados na equação 07, ob-
tem-se os valores de K s , listadas na tabela 02.
b) Absorção no ar
A absorção da radiação pela massa de ar entre o
ponto P no diafragma, e o ponto médio de coleção de ions na
câmara de ar livre, foi investigada e avaliada.
Com a câmara de ar livre na posição de irradia
ção , foi feita, para cada qualidade de feixe, uma série de
medidas de ionização, tanto para a câmara expandida na par
te posterior e colapsada na parte anterior (EC), conforme a
figura 15, como colapsada na parte posterior e expandida na
parte anterior (CE), conforme a figura 16. Como casos ex
tremos, CE e EC foram usados, o valor da variação AX dado
pala tabela 01 é de 14,99 cm, conforme mostrado na fi
gura 06. O coeficiente de absorção no ar é dado pela equa
ção 08, conforme figura 06.
39
Par = d/AL) ln I Ec/ICE (ü8>
Onde " I " é a corrente de ionização para a cama-,
ra na posição expandida frontal e colapsada na retaguarda e
colapsada frontal e expandida na retaguarda.
O fator de correção da atenuação no ar entre o
ponto P e o centro da câmara, é dado pela equação 09, e
apresentado na Tabela 02 para cada uma das qualidades im
plantadas, variando de 1,010 para 100 kV a 1,001 para
250 kV,
K A - I 0/I = e y d (09)
Onde: lg - Ionização no ponto de referência,
I - Ionização medida,
P - Coeficiente de atenuação do ar para uma dada
qualidade de feixe,
d - Distância entre o ponto de referência e o cen
tro da câmara (d = 40,35 cm ) .
c). Transmissão através das paredes da câmara.
A câmara de ar livre foi colocada na posição de
irradiação e a 2,0 cm da sua parede lateral foi posicionada
a câmara Exradin. Uma série de medidas foi efetuada com a
câmara Exradin, em ambos os lados da câmara de ar livre,
bem como no mesmo ponto da câmara de ar livre(sem a mesma
no local), conforme observa-se no arranjo experimental 04,
obtendo-se o fator de correção lateral através das paredes
K V J 1 = 1 ,000 ± 0,1 % "
Colocando-se um colimador com 3,0 cm de diâmetro
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41
igura 16: Câmara de ar livre na posição colapsada na parte frontal e expandida na parte posterior.
a 50,0 cm do alvo, e deslocando-se a câmara de ar livre 4,0
cm em ambos os sentidos e normalizando-se estas medidas pa
ra a fuga elétrica da câmara, obteve-se o fator de correção
frontal através das paredes
K w
f = 1,000 ± 0,1 %
Verificou-se portanto, que não há transmissão de
radiação mensurável através das paredes da câmara - Assim
sendo, o fator de correção da transmissão através das pare
des da câmara é
K w = 1 ,000 ± 0,2 %
d) radiação espalhada e perda eletrônica.
Parte da ionização considerada pela definição da
grandeza exposição ê perdida, pois elétrons são absorvidos
na parede da câmara e não no ar. Estes elétrons são em
parte compensados por uma ionização adicional, provocada
pelos fótons secundários espalhados no volume de ar da câ
mara .
0 fator de correção (Ki^g), é então introduzido
Ki fg = 10 0 / (100 + Fg - F]_) (10)
Onde: Fg - Percentagem de ionização ganha por fótons es
palhados
Fj_ - Percentagem de ionização perdida por causa de
elétrons absorvidos na parede da câmara.
Conforme obtido por Attix (19 5 4) ,
Fi = a (7,6) + b (360 - 7,6) / . 360 (11)
F g - a* (7,6) + b' (360 - 7,6) / 360 (12)
(a,b) propostos em Attix (1954) e (a',b') propostos em
Wychoff (1957a) são porcentagem da ionização perdida e ga
nha , respectivamente a 7 e 15 cm do eixo do feixe de radia
ção. .
A tabela 03 temos Fi, Fg e o fator de correção
para cada qualidade implantada.
Tabela 03: Tabela dos fatores de correção para a. radiação
espalhada e perda eletrônica.
QUALIDADE (kV) | F i ( % ) | Fg(%) | KlrV
100 0,003 0,51 0.995 135 0,08 0,44 0.996 180 0,16 0,42 0.997 250 0,33 0,36 1.000
O valor de Kn fg esta apresentado na tabela 02.
IV.2.6 ) Avaliação da variação temporal da temperatura na
sala de irradiação.
A variação temporal da temperatura na sala de ir
radiação é um fator de grande relevância para as medidas,
uma vez que tem um efeito direto durante o intervalo de uma
medida sendo necessária sua verificação, e controle. Para
isto, foi colocado um termistor no plano de irradiação ã
100,0 cm do alvo do tubo do raio-X a fim de acompanhar-se o
comportamento da temperatura no ponto exato de irradiação.
Além desta série de medidas, deslocou-se todo o sistema pa
ra a distância de 2,0 m, 3,0 m, e 4,0 ni á fim de verifi
car-se o comportamento na sala como um todo.
Observou-se variações consideráveis conforme de
monstra a figura 17. Em vista desses resultados, tomou-se
a precaução de mudar a posição das aletas da primeira saida
do ar condicionado, a fim de minimizar-se o fluxo direto ã
1,0 m, mantendo-se os outros abertos para permitir uma re
frigeração indireta sobre o equipamento utilizado. Obser
vou-se então uma melhoria sensível na variação temporal da
temperatura, mantendo-se o tempo de inversão de temperatura
constante, sendo que o compressor do ar condicionado foi
ajustado para iniciar sua operação quando a temperatura da
sala chegar a 20 ^C.
IV.2.7 ) Tempo de estabilização da alta tensão aplicada â
câmara de ar livre.
Com o objetivo de estabelecer-se o tempo ideal de
estabilização do sistema de medidas como um todo, escolhe
u-se a qualidade de 180 kV e um volume correspondente â
posição expandi da, Urna série de medidas foi realizada num
periodo de cinquenta minutos, em intervalos de um minuto.
Todos os valores foram normalizados para 15 minutos , tempo
usual de estabilização, conforme verifica-se da figura 18.
Observou-se que o ponto ideal de estabilização
acontece realmente 15 minutos após a aplicação da alta ten
são.
45
TEMPERATURA
' A <° C >
22 f oL
Figura 17: Variação temporal da temperatura na sala irradiação.
IV.2.8 ) Variação volumétrica da câmara de ar livre.
Com o objetivo de avaliar-se io valor da ionização
coletada com a variação volumétrica, a câmara foi colocada
na posição de irradiação e realizou-se uma série de medi
das, com ambas as polaridades para uma dada qualidade nas
seguintes condições:
a) câmara colapsada na parte posterior, variando-se a
parte \frontal;
b) colapsando-se a parte frontal, variando-se a parte
posterior;
c) variando-se tanto a parte frontal quanto a parte pos
terior;
normalizando-se para a câmara totalmente colapsada. Ob
servou-se um comportamento perfeitamente linear, figura 19,
podendo-se então utilizar qualquer valor de L para obter-se
uma ionização maior ou menor, dependendo da necessidade.
"" COL." "
< o 2,0 cn \—
S
O > f,5
o
« o < CE
< > ifi 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 -12,0 14,0 16,0 16,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0(cm)
DISTÂNCIA ENTRE OS CILINDROS
Figura 19: Variação volumétrica.
•4 /
V.2.9 ) Repetibilidade(vide Apêndice V ) :
a) com a câmara de ar livre.
As leituras obtidas, foram corrigidas usando-se -a
equação 0 4 para os efeitos de temperatura e pressão, duran
te o tempo de leitura de 30 segundos, com a câmara total
mente expandida ( E ) e totalmente colapsada ( C )', para
ambas as polaridades. Utilizando-se o método estatístico {
Apêndice I ) , obteve-se a média e o desvio padrão para cada
série de medida.'
.Através da equação 13, mantendo-se o volume cons
tante , tem-se a média e o desvio padrão da série com a câ
mara expandida e colapsada,
M = ( M + + M~ ) / 2 (13)
Onde: M é a Média
M + é a leitura com a polaridade positiva
M" é a leitura com a polaridade negativa
A diferença entre as médias das leituras ( Q )
para a câmara expandida e colapsada ê
Q = Q E - Qc ( 1 4>
Através da razão da leitura obtida ( Q ) , da den
sidade do ar ( P ) , da área sensível ( AQ ) , do comprimento
( L ) e do fator de correção ( K t )•, obtem-se a exposição
através da relação,
X = ( Q / P A 0 L ) * K T (15)
onde: é a densidade do ar para as condições de referên
cia, igual â 1,2045 kg/m-*;
Ao é a área sensível obtida através do dimensiona
mento do diafragma medido pelo INMETRO (1989) ,
L -é o comprimento variável, tomando-se o cuidado de
manter-se o conjunto de . cilindros equidistantes
do seu centro.
K-j; -é o produto dos fatores de correção, radiação
espalhada e perda eletrônica, atenuação do ar,
saturação e transmissão através das paredes da
câmara.
Os resultados referentes a repetibilidade do sis
tema de medidas podem ser observados na tabela 04*
D) e i ; " ! a câmara Exradin
ridades, cada uma em um tempo de 30 segundos, corrigindo-se
para os efeitos de temperatura e pressão (equação 04) e
calculando-se a média ( M ) das polaridades (equação 13),
aplica-se o fator de calibração N x constante na tabela 05
para obter-se a exposição X,
A 0
= i r( D/2 ) 2
A 0 = 7,8609 * 1 0 _ 5 m 2
Onde: D = 1,00044 cm (INMETRO/ 1989)
Apôs a realização das medidas para ambas as
X = M * N x (16)
Tabela 04: Repetibilidade dos padrões Primário( Ar livre ) e Secundário! Exradin )
100
135
180
250
Padrão
AR LIVRE
EXRADIN
AR LIVRE
EXRADIN
AR LIVRE
EXRADIN
AR LIVRE
EXRADIN
Mês/Ano
X
d p
X
d p
X
d p
X
d p
X
d P
X
d p - X
d p
X
d p
Jun/8 9
4,172
1
6,374
1
10,009
1
_ , -
12,977
3
Set/89
4,140
3
4,121
4
6 ,337
6
6,347
6
9,812
6
9,845
7
—
-12,645
25
Nov/8 9
4,119
3
4,152
2
6,369
3
6,353
4
9,793
5
9,839 . 4 12,822
6
12,652
4
Dez/89
• 4,111
2
4,145
1
6,313
2
6,339
1
9,821
6
--
12,835
12
—
Abr/90
4,129
2
4,144
2 . 6,334
5
6,347
2
9,877
7
9,856
3
12,842
5
12,654
5
Mai/90
4,152
2
4,154
2
6,320
3
6,304
3
9,795
7
9,826
3
12,816
10 12,655
6
Jun/90
4,154
2
4 ,159
2
6,302
2
6.,335
3
9,806
2
9,856
3
12,815
4
12,658
7
Jul/90
4,153
2
4 ,141 2
6,347
4
6,308
1
9,789
6
9,750
6
12,820
5
12,601
7 i
Ago/90
4,171
1 • 4,168
1
6,333 - 1
6,300
3
9,821
4
9,805
3
12,816
5
12,633
3
Set/90
4,171
1
4,161
1
6,330
1
6,303
1
9,850
•
4
9,782
3
12,820
5
12,619
3
onde X
é a taxa de esposição, R/mim
d p, é o desvio padrão, X 10~
3 R/min
Onde: N x e obtido do certificado de calibração da câmara
Exradin junto a um laboratório primário( R/nC ) .
Chega-se assim ã exposição para os padrões secun
dários. Podem-se então ser determinados os resultados re
lativos a repetibilidade do sistema de medidas com a câmara
Exradin e podendo-se também ser observados na tabela 04.
Tabela 05: Tabela dos fatores de calibração da câmara Exradin fornecida pelo BIPM.
(QUALIDADE (kV) N x(R/nC) 1
100 0,8668 135 0,8855 180 0,9016 250 - 0,9177
IV.2.10) Comparação entre os Padrões Primário e Secundário.
Através do método clássico de substituição, ou
seja, a irradiação de um padrão de cada vez, tendo-se o
cuidado de posicioná-los identicamente, foram obtidas rce<Ji-
das comparativas entre os padrões primário e secundar lo,
para cada uma das qualidades implantadas obtendo-se respos
tas mostradas na tabela 04.
CAPITULO V : RESULTADOS OBTIDOS-
"NINGUÉM FICA FORTE VENDO OS OUTROS FAZENDO
GINÁSTICA."
(Cel Aguida)
A figura 11 apresenta o resultado da curva de
planura e uniformidade do campo de radiação nos dois eixos, „ - ¿ 1 •
obtidas respectivamente com o filme Kodak e a câmara Exra-
din, as diferenças dos dois sistemas de medidas é resultado
da resolução espacial intrinsica a cada sistema.
As qualidades padrão recomendadas pelo BIPM foram
implantadas, conforme tabela 02, utilizando-se a câmara
Exradin como padrão.de transferência.
A curva de saturação mostrada na figura 14, iden
tifica o patamar e permite escolher-se o ponto de operação
para as qualidades implantadas, levando-se em conta o re
sultado final da ionização, conforme equação 07.
Os fatores de correção, mostrados na tabela 0 2,
foram obtidos com o uso da própria câmara de ar livre, cujo
os valores são compatíveis com os encontrados com câmaras
semelhantes em outros laboratórios.
O comportamento dos equipamentos utilizados na.
sala de irradiação, são intrinsicamente ligados as varia-
coes térmica e higroscópicas. Através do estudo detalhado
da variação temporal da temperatura, figura 17, pôde-se to
mar providencias para minimizá-la, e mantendo-se a umidade
na faixa de 40 á 70 % de umidade relativa, faixa sem maio
res problemas.
A avaliação do comportamento do tempo de estabi
lização da alta tensão aplicada ã câmara de ar livre, figu
ra 18, da variação volumétrica, figura 19, demostram a sen
sibilidade da câmara a estes parâmetros.
Aplicando-se a tensão de operação e levando-se em
conta as variações de temperatura e umidade, fez-se, para
cada uma das qualidades de feixes implantadas, uma série de
medidas para cada condição geométrica da câmara, em ambas
as polaridades, obtendo-se taxas e desvios padrão conside
rados plenamente satisfatórios, conforme tabela 04. To
mando-se os mesmos cuidados, obteve-se a taxa para o padrão
secundário Exradin, para todas as qualidades implantadas,
conforme tabela 04•
As comparações entre os padrões Primário e Secun
dário foram obtidas pelo estudo dos comportamentos das câ
mara 3 durante este periodo levando em conta a equação A3 e
obtendo-se assim a tabela 06.
Os va1ores mensai s obtidos para cada camara di fe-
rencian-se, visto que a resposta da câmara Exradin ê mais
imediata a variações térmicas e hídricas do que a de ar li
vre , e também pelo não acoplamento de um cronômetro no ele-
trometrò, ocasionando assim erros adicionais.
Tabela 06: Valores médios da série de medidas obtidas
as duas câmaras.
QUALIDADES CAMARA
AR LIVRE ( R )
CAMARA EXRADIN
( R )
100 4,15 ± 135 6,34 ± 180 9,84 ± 250 12,84 ±
0,01 4,15 • ± 0,01 0,01 6,33 ± 0,01 0,04 9,82 ± 0,03 0,03 12,64 ± 0,01
CAPITULO VI : DISCUSSÃO
O MELHOR É SER AUDACIOSO E PRUDENTE
Para cada qualidade implantada, fez-se uma anali
se crítica dos parâmetros envolvidos. A tensão e a corren
te no tubo foram ajustadas a valores aos próximos implanta
dos em outros laboratórios padrão, o que facilitara futuras
intercomparações•
A exceção da filtração inerente de 2,2 mm de be
rílio do tubo de raios-X, todo os outros filtros sofreram
um processo de aferição de suas espessuras. Conseguiu-se
assim uma filtração bem similar â do laboratório italiano
ENEA, que possui um sistema de irradiação semelhante.
Parcilelamente foram realizadas medidas com a câ
mara de ar livre, uma séries de medidas de taxas de expo»
sição, usando-se o padrão de trans ferênci a, chegou-se a va
lores representativos do valor da grandeza, conf orno c. ta -
bela 0 4 e as tabelas dos outros laboratórlos pc:.drão do
apêndice III a Comparando-se os valores das qualidades pa-
drão NPL e ENEA às qualidades recomendadas pelo BIPM, agora
implantadas no LNMRI, conclue-se que as qualidades implan
tadas estão bem ajustadas, conforme os seus valores de ca
madas semi-redutoras.
Os fatores de correção obtidos através da utili
zação do próprio padrão primário, tabela 02, mostram que a
câmara não perdeu as suas características de um padrão pri-
mario, apesar desta unidade não ter sido utilizada durante
vários anos.
O resultados obtidos com a câmara de ar livre fo
ram comparados com resultados obtidos com câmaras semelhan
tes, de laboratórios primários, tais como BIPM, NPL, ENEA,
mostrados nas tabelas A2, A3 e A4, respectivamente, do
apêndice III.
Como o sistema de irradiação do ENEA é semelhante
ao do LNMRI, tomamos suas qualidades como ponto de referên
cia para nossa inferência com relação aos filtros e tensão,
notando assim uma ótima coerência em todas as qualidades.
A homogeneidade do campo de 8,0 cm de diâmetro e
melhor que 99,9 %, garantindo assim a medida no campo útil
utilizado, 1,0 cm.
As curvas de saturação indicam que o ponto de
operação deve ser em torno de 3250 V, entretanto pôde-se
notar um aumento da ionização com a variação volumétrica.
Os valores de correção de saturação apresentaram
valores superiores aos obtidos 'pelo laboratório italiano
(ENEA), uma vez que o ponto de operação da câmara de ar li
vre do ENEA e cerca de 50 % maior. Os fatores de correção
para saturação, transmissão através das paredes da câmara,
radiação espalhada e perda eletrônica, mostram uma boa con
cordância com os valores obtidos pelo ENEA, para uma câmara
semelhante, o que indica um bom comportamento do padrão im
plantado .
Através do sistema de fixação volumétrica, foi
possível obter-se, com boa precisão, os fatores de atenua
ção' no ar para cada qualidade implantada.
CAPITULO VII : CONCLUSÃO
QUANTO MAIS SE CONHECE, MAIS SE APRECIA
Com base nos dados obtidos neste trabalho e atra
vés de uma avaliação geral do mesmo, verifica-se que os re
sultados obtidos são compatíveis com um instrumento que se
propõe medir de forma absoluta uma dada grandeza.
As qualidades padrão implantadas estão em confor
midade com os outros laboratórios padrão, conforme visto na
tabela 02.
A rigidez do arranjo experimental garante a sua
integridade física e estabilidade mecânica a longo prazo.
As medidas da corrente com o feixe de raios-X e
se-.n o feixe mostram consistentemente um baixo valor de fu
ga ( 01 %) -
Os resultados de repetibilidade estão em confor
ni i da:\~ com os recomendados para laboratórios padr ao, ou se-
ja melhor que 0,1 % para as qualidades implantadas e para
diversas variações volumétricas.
Os testes de estabilização da tensão e variação
volumétrica, levaram a procedimentos padrões otimizados,
tornando simples e recomendável a utilização da câmara de
ar livre de volume variável como padrão primário.
Os resultados deste trabalho, indicam a necessi-
dade de sua complementação através de:
a) Confecção de um isolamento térmico para a câmara,
afim de minimizar-se a variação temporal, da tempera
tura no seu interior;
b) um estudo adicional mantendo-se o ponto de operação
constante e se diminua o volume para qualidades supe
riores,, visto que este trabalho tentou mostrar o com
portamento da câmara em casos extremos, totalmente
expandida e totalmente colapsada;
c) a implantação de um sistema de automatização de aqui
sição e tratamento estatístico dos dados.
A excelente reprodutibilidade do sistema a médio
prazo principalmente nos últimos meses, indica que a câmara
de ar livre, objeto deste estudo, possui características,
estabilidade e comportamento adequada a um instrumento pa
drão.
0 objetivo proposto inicialmente deste trabalho
que era de implantar uma câmara de ar livre como padrão da
grandeza exposição pára feixe de raios-X na faixa de ener
gia de 100 - 250 kV foi plenamente alcançado.
Considera-se de fundamental importância que a es
tabilidade a longo prazo de seu comportamento seja avaliada
continuamente e além disso, deveria-se manter a ligação com
a rede internacional de metrologia através da câmara de
transferência.
O produto final deste trabalho vai ao encontro
das recomendações do CCEMRI-BIPM, não somente para garantir
a coerência metrológica do sistema, bem como para preservar
o trabalho agora implantado.
CAPITULO VIII: REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AOS AUTORES QUE ME PRECEDERAM, FAÇO REFERENCIAS COMO COLEGA.
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APÊNDICE I : ESTATÍSTICA UTILIZADA
A maioria das tomadas de decisão em termos de
qualidade, reside em uma base estatística, análise e inter
pretação dos dados.
Os resultados dos ensaios devem ser analizados e
interpretados. O objetivo de todo o eforço ê conseguir in
formações confiáveis sobre o real o desempenho instrumento.
Há várias técnicas que podem ser aplicadas e que
permitem interpretação já normalizadas. Apresenta-se a se
guir os passos usados neste trabalho:
a) Análise das medidas.
Uma vez que se considere que os resultados não
excluidos pelo teste prévio de homogeneidade apresentam o
mesmo tipo de distribuição, determina-se o intervalo de
confiança da média de cada série de medidas, usando-se a
distribuição t'de Student, de acordo com o grau de liberda
de ( um a menos que o número de medições ) e o nível de
conF.'iançH escolhido (95 %) ,
X ± ( t S/ TFIR) ( A 2 )
onde: X ê o valor médio X =EX / n ; S e o desvio padrão
S = V t ( X - X) 2/(n-l); n é o número de repetições em
cada série de medidas; t ê q valor encontrado na tabela Al.
Para que os resultados das medições das diferen
tes séries possam ser considerados compatíveis, dentro do
nível de confiança escolhido, deve haver um intervalo de
confiança das medias das séries•
D 1
Caso não haja um valor tomado como referência, a
ser considerado como valor verdadeiro convencional, consi
dera-se o valor central do intervalo Ax como valor verdade
iro convencional.
As séries cujos intervalos de confiança não con
tém o intervalo flx, dão indicação de seus resultados esta
rem afastados do valor verdadeiro convencional, devido â
existência de erros sistemáticos, que deverão ser corrigi
dos .
b) Média das séries de medidas.
Com um nivel de confiança de 95 % e com as "m"
séries de medidas, determina-se o intervalo de confiança da
média das médias destas séries de medidas,
f ± < S 't / r ü T ) (A3)
onde: X é a média das médias X das m séries; s ' é o des
vio padrão da média X; t é o valor tabelado para 95 % de
confiança e graus de liberdade de (m - 1 ) .
c) Propagação de erros.
utilizou-se as equações abaixo para obtermos as
incertezas para as séries de medidas.
S 2[(x+y)/2] - (1/4)[S2( X) + S 2(y)]
S 2 (x ± y ) = S 2(x) + S 2(y)
S 2(kx) = k 2S 2(x)
(A4)
(A5)
(A6)
Tabela Al: Valores críticos de t fstudent
- 1 9 5 %
1 6 , 3 1 4 2 2 , 9 2 0 3 2 , 3 5 3 4 2 , 1 3 2 5 2 , 0 1 5 6 1 , 9 4 3 7 1 , 8 9 5 8 1 , 8 6 0 9 1 , 8 3 3
APÊNDICE II : Parâmetros que modificeim o espectro de r'a-
ios-X.
A emissão total dos raios-x depende tanto do nú
mero de elétrons que interagem•com o material do alvo como
da corrente no tubo. Entretanto, a qualidade da radiação
não será alterada por variações de corrente.
Os parâmetros que modificam o espectro dos ra
ios-x são:
a) Tensão aplicada
A qualidade do feixe de raios-x produzido está
relacionada com a tensão aplicada (kvj, ou seja, á máxima
energia dos elétrons que atingem o alvo no tubo, conforme
figura Al.
Fig.Al: Variação do espectro dos raios-X com a variação da
tensão. (Scaff, 1979)
b) Material do alvo
A quantidade de raios-x produzida é proporcional
ao número atômico do alvo. Existem dois componentes impor
tantes no espectro de energia, o contínuo e o de linhas:
- espectro contínuo : pequenas diferenças nos números
atômicos não serão importantes;
- espectro de linhas: as energias das linhas são carac
terísticas do material do alvo.
c) Filtração
A intensidade original do feixe de raios-X ê nor
malmente reduzida pelas filtrações inerente e adicional.
A filtração inerente e causada pela parede de vi
dro da ampola, o óleo refrigerante e a janela de Berílio,
sendo portanto uma filtração inevitável.
de uma folha metálica na saida do feixe de raios-X, para
que parte de sua radiação seja absorvida, possibilitando
a j ustar-i>e seu espectro a valores padronizados.
••1:3 R r as faixas de energia sofram modificações, as mais i ,.ii
x.as energias sofrem maior absorção, conforme figura I-.2,
A filtração adicional é causada pela interposição
Quando um feixe de raios-X ë fil trado, enibc ra
Tabela Al : Filtros para cada tensão
TENSÃO APLICADA(kV) FILTROS
100 120 400
1000
a 120 a 400 a 1000 a 3000
Al Cu + Al
Sn + Cu + Al Pb + Sn + Cu + Al
65
Como pode-se observar na figura A2 , os filtros
modificam o espectro dos raios-X, "endurecendo" o feixe, ou
seja, removendo preferencialmente as radiações de baixa
energia. Normalmente, são adicionados filtros ou combina
ções de filtros, de acordo com a faixa de energia conforme
a tabela Al.
Os filtros de Al que aparecem junto aos filtros
de Cu, são para reduzir as radiações secundárias criadas no
filtro de Cu.
A SEM FILTRAÇÃO
E N E R G I A DOS F O T O N S X
Fig.A2: Modificação do espectro dos raios-X pelo uso de
filtros. (Scaff, 1979)
APÉNDICE III: Qualidades padrão BIPM, NPL e ENEA.
Tabela A2: Qualidades padrão do Bureau Internacional de Pesos e Medidas - BIPM.
TENSÃO NO TUBO DE RAIOS-X(kV)
100 135 180 250
CORRENTE NO TUBO DE RAIOS-X(mA)
5 5 5 5
FILT. ADIC. (mm) 1,2037A1 0,232lCu 0,4847Cu l,5701Cu
PRIMEIRA CSR ( mm )
4,027 Al 0,494 Cu 0,990 Cu 2,500 Cu
Filtração inerente = 2,3 mm Al Distancia foco-câmara = 120,0 cm.
Tabela A3: Qualidades padrão recomendadas pelo NPL.
TENSÃO NO TUBO .DE RAIOS-X (kV)
96 136 179 2 5 0
PRIMEIRA CSR ( mm Cu )
0,15 0,5 1,0
Fatores de correção
Ki,g 0,9923 0,9933 0,9948 0,9975
1,0187 1,0118 1,0099 1,0083
K S 1,0026 1,0030 1,0026 1,0037
K w 1,000 1,000 1 ,000 1,000
['abela A4 : Qualidades padrão recomendadas pelo ENEA.
TENSÃO NO TUBO 100 135 180 250 DE RAlOS-X(kV)
CORRENTE NO TUBO 6 10 10 10 DE RAIOS-X(mA)
3, '57 5 Al 0 , 28 Cu 0,51 Cu 1 ,59 Cu FILT. ADIC. + + +
í mm ) 1 ,75 Al 1,10 Al 1 ,11 Al
PRIMEIRA CSR 3,9 9 Al 0 ,50 Cu 1,00 Cu 2 ,500 Cu ( mm )
TAXA DE EXP B 4,2 6,3 9,8 12, 7 { R/Min )
Fatores de correção
Ki,g 0,9949 0,9964 0 , 9974 0,9997
Ka 1,015 1,010 1,008 1,007
K S 1,001 1,002 1,0025 1,003
K w 1 , 000 1, 000 1,000 1,000
Filtração inerente = 2,2 mm Be
68
APÊNDICE IV : IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE AUTOMATIZAÇÃO DE
AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DE DADOS DO ARRANJO
EXPERIMENTAL RAIO-X MG 323 - CÂMARA DE AR LI
VRE.
Um sistema de aquisição e tratamento de dados,
foi desenvolvido utilizando-se uma interface de comunicação
(IEEE) em um micro computador ( compatível IBM/PC ) em lin
guagem Basic. Este sistema é constituído de cinco módulos:
módulo 1 (SRXP01): Consiste na entrada de todos os parâme
tros necessários â realização das medi
das. ( Implantado )
módulo 2 (SRXP02): Realiza o controle de toda a aparelha
gem eletrônica do sistema, adquirindo
os dados de medida através de interação
com o operador. ( Implantado )
módulo 3 (SRXP03): Tratamento estatístico de dados com a
emissão de relatório. ( Implantado )
módulo 4 (SHXP04): Rotina de "Backup" e recuperação de da
dos, para a emissão de relatórios, (a
ser imp1antado)
Realiza análise estatística de todos os
parâmetros relacionados com as medidas,
(a ser implantado)
módulo 5 (SRXP05)
Fifi
DIAGRAM DT AUTGfíAfÃG DC JÎAIO-V
MCRQ
INTERFACE
ADC i SCAÏINEK
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ELETRÎ-
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US 323
FILTRAÇÃO
ELETRÖFLE-
TROC
2
± CAÍ! ARA
IIÜNIÍGRH
SHUTTER
\PENDICE V : SELEÇÃO DE TERMOS FUNDAMENTAIS E GERAIS DE METROLOGIA.
Através da portaria n° 155, de 02 de' dezembro de 1986, do Presidente do Instituto Nacional de Metrologia, formalização e Qualidade Industrial - INMETRO, o Brasil adotou o vocabulário de termos fundamentais e gerais de metrologia, elaborado pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas - BIPM, Organização Internacional de Normalização -ISO, Comissão Eletrotécnica de Metrologia Legal - OIML.
A adoção deste vocabulario contribuiu para o desenvolvimento da metrologia no pais, fazendo cessarem as interpretações errôneas e ¿i utilização indevida de termos,
Transcreve-se aqui apenas os termos mais diretamente relacionados com este trabalho.
1 - G R A N D E Z A S E U N I D A D E S .
1.1 - GRANDEZA(mensurável): Característica de um fenômeno , corpo ou substancia que pode ser qualitativamente diferenciada e quantitativamente determinada.
1.4 - DIMENSÃO DE UMA GRANDEZA: Expressão que representa uma grandeza de um sistema de grandezas, como o produto das potências das- grandezas de base desse sistema.
1.6 - UNIDADE(de medida): Determinada grandeza, adotada por convenção, utilizada para expressar quantitativamente grandezas que tenham a mesma dimensão.
1.10- SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, SI: Sistema coerente de unidades adotado e recomendade pela Conferência Geral de Pesos e Medidas - CGPM.
1.17- VALOR(de uma grandeza): Expressão de uma grandeza sob a forma de um número e de uma unidade de medida apropriada.
1.18- VALOR VERDADEIRO(de uma grandeza): Valor que caracteriza uma grandeza perfeitamante definida nas condições existentes quando ela Ó considerada.
1.19- VALOR VERDADEIRO CONVENCIONAL(de uma grandeza): Valor de uma grandeza que, para um determinado objetivo, pode substituir o valor verdadeiro.
1.20- VALOR NUMÊRICO(de uma grandeza): Numero que expressa o valor de uma grandeza.
2 - M E D I Ç Õ E S .
2.6 - MÉTODO DE MEDIÇÃO: Conjunto de operações teóricas e práticas, em termos gerais, envolvidas na execução de medições , de acordo com o dado princípio.
2.18- MÉTODO DE MEDIÇÃO POR SUBSTITUIÇÃO: Método de medição no qual a grandeza a medir é substituida por urna grandeza de mesma espécie, de valor conhecido e escolhida de tal maneira que os efeitos sobre o dispositivo indicador sejam os mesmos.
3 - RESULTADO DE MEDIÇÃO.
3-. 1 - RESULTADO DE UMA MEDIÇÃO: Valor de urna grandeza obtido por medição.
3.4 - RESULTADO CORRIGIDO: Resultado de uma medição__ apôs a correção no resultado bruto devido aos erros sistemáticos presumíveis.
3.5 - EXATIDÃO DE MEDIÇÃO: Grau de concordância entre o resultado da medição e o valor verdadeiro convencional da grandeza medida. Obs.: O uso do termo precisão no lugar de exatidão deve
ser evitado.
3.6 - REPETIBILIDADE DAS MEDIÇÕES: Grau de concordância entre os rsultados de medições sucessivas de uma mesma grandeza, efetuada com a totalidade das seguintes condições:
- mesmo método de medição, mesmo observador, mesmo instrumento de medir,
- mesmo local, - mesmas condições de utilização,
repetição em curto periodo de tempo. Obs: A repetibilidade pode ser expressa quantitativamente
rim termos da dispersão dos resultados. •
3.7 - REPRODUTIBILIDADE DAS MEDIÇÕES: Grau de concordância entre os r»»su11ad o s das medições de uma me sma grandeza, onde as medições individuais são efetuadas, variando-se uma y\ >:\:. i.da-; seguintes condições.
método de medigão, - observador,
instrumento de medir, - local, - condições de utilização, - tempo.
Obs 1: Para que uma expressão de reprodutibilidade seja obtida, é necessário especificar-se as condições que foram alteradas.
2: A reprodutibilidade pode ser espressa quantitativamente em termos da dispersão dos resultados.
3.8 - DESVIO PADRÃO EXPERIMENTAL: Para uma série de "n" medições de uma mesma grandeza, o parâmetro "s", que caracteriza a dispersão dos resultados, é dado pela fórmula:
S 2 - l ( Xi - Xi ) 2 / ( n-1 )
Onde: Xj_ ê o resultado da modic;ão de ordem i ( 1 2 , . . . , n) ,e X c a media aritmética dos "n" resultados conside
rados .
3,. 9 - INCERTEZA DA MEDIÇÃO: Estimativa caracterizando a faixa dos valores dentro da qual se encontra o valor verdadeiro da grandeza medida.
3.10- ERRO(absoluto) DA MEDIÇÃO: Resultado de uma medição menos o valor verdadeiro convencional da grandeza medida„
3.11- ERRO RELATIVO:- Quociente de erro absoluto da medição pelo valor verdadeiro convencional da medida.
3*12- ERRO ALEATÓRIO: Componente do erro da medição que varia de uma forma imprevisível, quando se efetuam várias medições da mesma grandeza.
3.13- ERRO SISTEMÁTICO: Componente do erro da medição que se mantém constante ou varia de uma forma previs ível, quando se efetuam várias medições da mesma grandeza„
3.15- FATOR DE CORREÇÃO: Fator numérico pelo qual o resultado bruto de uma medição deve ser multiplicado,^ para compensar um erro sistemático presumive1.
4 - INSTRUMENTO DE MEDIR.
4.19- ESCALA: Conjunto ordenado de marcas, associado a qualquer numeração, que faz parte de um dispositivo indicador .
5 - CARACTERÍSTICAS DOS INSTRUMENTOS DE MEDIR.
5.4 - CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO: Condições que estabelecem a faixa de valores da grandeza a medir e das grandezas de influência, bem como outros requisitos importantes, nos quais admite-se que as características metrolõgicas de um "instrumenlo de medir" mantêm-se dentro de limites especificados .
5.10- SENSIBILIDADE: Quociente da variação da resposta de um instrumento de medir" pela variação correspondente do estímulo.
5.13- RESOLUÇÃO: Expressão quantitativa da aptidão de um "instrumento de medir", de destinguir valores muito próximos da grandeza a medir, sem necessidade de interpolação.
5.19- TEMPO DE RESPOSTA: Intervalo de tempo entre o instante em que um estímulo é submetido a uma variação brusca e o instante em que a resposta alcança sou valor final, e nele permanece dentro de limites especificados.
5,21- EXATIDÃO DE UM INSTRUMENTO DE MEDIR: Aptidão de um
"instrumento de medir" para dar indicações próximas do valor verdadeiro de urna grandeza medida.
5.22- CLASSE DE EXATIDÃO: Classe de "instrumento de medir" que satisfaz a certas exigencias metrológicas destinadas a conservar os erros dentro de limites especificados.
6 - P A D R Õ E S .
6.1 - PADRÃO: Medida materializada, instrumento de medir ou sistema de medição destinado a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade ou um ou vários valores conhecidos de uma grandeza, a fim de transmití-los, por comparação, a outros instrumentos de medir.
6.12- RASTREABILIDADE: Propriedade de um resultado de medição que consiste em poder referenciar-se a padrões apropriados, geralmente internacionais ou nacionais, por meio de uma cadeia de comparações, segundo uma hierarquia metro-lógica.
6.13- AFERIÇÃO E CALIBRAÇÃO: 6.13.1)AFERIÇÃO: Conjunto de operações que estabelece, em condições específicas, a correspondencia entre os valores indicados, seja por um instrumento de medir, por um sistema de medição ou por uma medida materializada, e os valores verdadeiros convencionais correspondentes da grandeza medida . 6.13.2)CALIBRAÇÃO: Conjunto de operações que estabelece, em condições específicas, a correspondência entre o estímulo e a resposta de um instrumento de medir, sistemas de medição , ou transdutor de medição.
6.11- CONSERVAÇÃO DE UM PADRÃO: Todas as operações necessárias ao processamento das características metrológicas de um p.-drao dentro de limites apropriados.
APÊNDICE VI : SIGLAS
BIPM : Bureal Internacional de Pesos e Medidas
Aff. PSDL : Laboratório de Dosimetria Padrão Primário - Fi
liados
SSDL : Laboratório de Dosimetria Padrão Secundário
IAEA : Agência Internacional de Energia Atômica
WHO : Organização Mundial de Saúde
SSDL Sc. Comm. : Comunidade científica da rede de SSDL
Network secretariat DOL : Laboratório de Dosimetria da AIEA
Coll Org. : Organizações Colaboradoras
CSR : Camada 'Semi Redutora