Carlos Oliveira – ITN

1Laboratório de Metrologia das Radiações Ionizantes

Metrologia na ciência e desenvolvimento

Carlos Oliveira

Laboratório de Metrologia das Radiações Ionizantes

CTN – IST


Sumário

- Metrologia, sua evolução

- Temas actuais da metrologia

- Projectos europeus em curso

- Participação portuguesa na área da radiações

- Conclusões


Metrologia orientada para as grandezas físicascomprimentomassatempo corrente eléctricaIntensidade luminosa…..

Padrões e serviços de calibração assegurados pelos Laboratórios de Metrologia.

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 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.


Investigação em Metrologia

A metrologia cria ciência com o objectivo de atingir a excelência na fronteiradas tecnologias da medição.

Todas as medidas devem ser "rastreáveis” a uma realização primária daunidade relevante do SI. A qualidade da realização primária define o limite final detodas as medições associadas.

Os desenvolvimentos relacionados com as realizações primárias de unidadesestão sempre na vanguarda da ciência. Assim, a metrologia é intrinsecamenteuma ferramenta chave para a investigação fundamental, isto é, para a ciência.

A investigação em Grafeno, átomos de carbonodispostos numa rede de maneira semelhante à formade um favo de mel que ganhou o Prémio Nobel daFísica em 2010 teve uma componente importanteno desenvolvimento de padrões de resistênciaeléctrica. Significa um reconhecimento da metrologiacomo uma aplicação importante do grafeno.


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.


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.

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.

Novos desafios


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.

A EURAMET promove a ciência, a investigação e a cooperação europeia no campo da metrologia.

European Association of National Metrology Institutes


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


1. Dosimetria e radionuclidos nos cuidados de saúdeDesafios

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 envelhecimentoda 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.


2. Radionuclidos no ambiente e na indústriaDesafios

A produção de aço em forno eléctrico em alternativa ao recurso aoalto forno veio aumentar o consumo de sucata metálica.

A probabilidade dessa sucata ter escondida uma fonte radioactivanão é de desprezar.

Sistemas de detecção à entrada das siderurgias e de medição daamostras 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.


2. Radionuclidos no ambiente e na industria (cont.)Desafios

A mudança climática é uma das preocupações da sociedade. Terá de ser realizada investigaçãopara obter uma compreensão mais exacta dos

diferentes parâmetros com impacto nessasmudanças, seja no passado, presente oufuturo 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..


3. Novos conceitos dosimétricos para a interacção da radiação com a matériaDesafios

A grandeza dosimétrica central nas aplicações médicasdas 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.


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.

MetroMetal –

Ionising radiation metrology for the metallurgical industry


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.


OBJECTIVOS CIENTÍFICOS E TÉCNICOS :

• Desenvolvimento de métodos optimizados rastreáveis ao SI para o controlo e medição daradioactividade em cada fase do processo da fundição (carga da sucata, aço, escória e fumos).

• Desenvolvimento de padrões dereferência para o aço, escória e pó/fumoscontendo uma actividade conhecida dealguns radionuclidos (60Co, 137Cs, 192Ir,226Ra e 241Am) considerados comopotenciais contaminantes. Serão preparadosem geometria e matrizes que vão aoencontro da situação existente nas siderurgias.

• Concepção de um espectrómetro optimizado para a medição da actividade no aço, pó e escóriae 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 normaspara a monitorização da radioactividade (exemplo, calibração de sistemas de medição,monitorização on-line da produção de aço e sua certificação).


IMPACTOIndustrial: 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.


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.

MetroNORM –

Metrology for processing materials with high natural radioactivity


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

Indústrias NORM relevantes


OBJECTIVOS CIENTÍFICOS E TÉCNICOS:

• Desenvolver materiais de referência e fontes padrão para permitir uma calibração precisa erastreável 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 eintroduzir 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 nasinstalações do utilizador final in-situ.


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


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.


Agradecimentos

J. Cardoso, L. Santos, M. Reis, I. Paiva, L. Portugal, C. Cruz e André Saraiva.


Better standards

Better life

Obrigado pela atenção

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