Radiografía Industrial

METODO DE ENSAYO DE RADIOGRAFIA NIVEL II

Según ASNT: Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos

Preparado por:

Ing. Romer Ferrer

Febrero 2011

CONTENIDO Introducción Objetivo Aplicación Entrenamiento y Certificación 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Estructura Atómica, Isótopos y Vida Media. Penetración, Absorción y Formación de Imágenes. Sensibilidad y Dispersión. Energía, Intensidad y Absorción de la Radiación. Fuentes de Rayos Gamma. Medidas de la Radiación. Registro de Exposición a la Radiación. Efectos y Detección de la Radiación. Protección contra la Radiación. Contraste Radiográfico. Procesamiento de la Película. Pantallas, Penetrámetros y Filtros. Gráficos de Exposición y Equivalencias. Generación de Rayos X. Técnicas Radiográficas. Discontinuidades y su origen.

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INTRODUCCIÓN La radiografía industrial es un método de ensayo no destructivo muy importante en el aseguramiento de la calidad de productos terminados, en proceso o semielaborados. Su uso abarca diferentes tipos de materiales, dejando una evidencia confiable de los resultados obtenidos con esta técnica, que de otra forma podría ocasionar daños a las personas, los equipos e instalaciones y al medio ambiente. Uno de los factores mas importantes que se debe tomar en cuenta con este método es la protección contra la radiación ionizante.

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OBJETIVO Conocer las técnicas básicas elementales del Método de ensayo de Radiografía, sus aplicaciones y protección, conforme a la norma ASNT, en su documento práctica escrita: Nº SNT-TC-1A, la cual es una guía de referencias para entrenar, calificar y certificar al personal que participa en la ejecución de los ensayos no destructivos.

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APLICACIÓN, ENTRENAMIENTO Y CERTIFICACIÓN. Este método se basa en la capacidad de penetración y absorción de la radiación X y Gamma. Se usa en una variedad de productos tales como: soldadura, fundición, forja, productos terminados y semielaborados. El ensayo radiográfico es uno de los principales métodos de END utilizados hoy en día. Este ensayo requiere generalmente: a. Exponer una película a Rayos X o gamma que han penetrado un objeto. b. Procesar la película expuesta. c. Interpretar los resultados radiográficos. VENTAJAS DEL MÉTODO RADIOGRÁFICO. 1. 2. 3. 4. 5.

Puede ser usado en muchos materiales. Provee una imagen visual permanente. Revela la naturaleza interna del material. Descubre errores de fabricación. Revela discontinuidades estructurales.

LIMITACIONES DEL MÉTODO RADIOGRAFICO. 1. No es práctico su uso en objetos de geometría compleja. 2. El objeto a ensayar debe tener acceso por ambos lados. 3. Las discontinuidades tipo laminar (laminaciones) son indetectables, por no

presentar un contraste apreciable. 4. Las condiciones de seguridad deben considerarse por ser radiaciones ionizantes. 5. Es un método de ensayo relativamente costoso.

CONDICIONES DE SEGURIDAD. La radiación no puede ser detectada por alguno de nuestros cinco sentidos, por tanto, se requiere dar estricto cumplimiento a las regulaciones de seguridad. La radiación puede causar daños o destrucción de las células del tejido vivo.

ENTRENAMIENTO Y CERTIFICACIÓN.

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La sociedad Americana en ensayos no destructivos, recomienda el uso de la práctica escrita: Nº SNT-TC-1A. Este documento otorga a las empresas los lineamientos necesarios para entrenar, calificar y certificar al personal en todos los métodos de END y sus técnicas. Para cumplir con este documento la empresa debe establecer una "PRACTICA ESCRITA", que describa en detalle como debe ser la técnica de entrenamiento, la evaluación y la certificación del personal que ejecuta los ensayos no destructivos (END). La certificación del personal en END es responsabilidad de la empresa y es generalmente en tres (3) niveles. Nivel I. Es calificado para realizar calibraciones, ensayos y evaluaciones específicas. Nivel II. Es calificado para realizar calibraciones de equipos, interpretar y evaluar resultados con respecto a los códigos, estándares y especificaciones. Debe ser capaz de realizar instrucciones escritas y reportar los resultados del ensayo. Nivel III. Debe ser capaz de establecer las técnicas, interpretar los códigos, designar el método de ensayo y la técnica a usar. Debe tener un conocimiento práctico de la tecnología y estar familiarizado con otros métodos de END comúnmente usados. El documento SNT-TC-1A, recomienda que los técnicos niveles I y II en END sean examinados en las áreas siguientes: a. Un examen general. b. Un examen especifico. c. Un examen práctico. Según la norma ASNT, los END son los siguientes: 1. Método 2. Método 3. Método 4. Método 5. Método 6. Método 7. Método 8. Método 9. Método 10. Método 11. Método 12. Método

de Ultrasonido (UT.) de Radiografía (R.T.) Tintes Penetrantes (P.T.) Partículas magnéticas (M. T.) de Flujo Magnético de Inspección Visual (VT.) de Corrientes Electromagnéticas (ET.) de Ensayo de Fuga (L.T.) de Radiografía por Neutrones (N.T.) de Emisión Acústica (A.E.) Termografía Infrarroja (T.R.) de Análisis de vibraciones

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ESTRUCTURA ATÓMICA, ISÓTOPOS Y VIDA MEDIA. Todos los átomos están compuestos por tres partículas básicas: a. Protones: tiene carga positiva y es relativamente pesada. b. Neutrones: no tiene carga eléctrica y su peso es aproximadamente igual a la del protón. c. Electrones: tiene carga eléctrica negativa, es muy liviano y su peso es 1/1.840 veces el peso de un protón. El número de protones y electrones determinan el tipo de átomo o elemento. Hay más de 100 átomos diferentes, conocidos, los cuales son llamados elementos y cada uno de ellos tiene un nombre definido: Oxígeno, Cobre, Plomo, etc. En la punta de un lápiz hay billones de átomos y el 99,99 % de cada átomo es un gran espacio vacío. Uno de los átomos más simple es el de Helio: Fig. 01

El núcleo esta formado por protones y neutrones. El átomo de Helio tiene dos protones y dos neutrones en el núcleo. Los neutrones son neutros, entonces el átomo debe ser eléctricamente neutro para mantenerse en equilibrio, es decir el número de cargas positivas del núcleo debe compensarse con igual número de cargas eléctricas negativas, las cuales giran alrededor del núcleo. Por esta razón un átomo completo debe tener igual número de protones y electrones. Ejemplo: Dos átomos eléctricamente neutros. El número de protones y electrones debe ser el mismo, sin embargo el número de neutrones puede ser diferente.

Fig. 02 El número de protones en un átomo determina el tipo de átomo o elemento: 6

− − − −

Todos los Todos los Todos los Todos los

átomos que tienen 2 protones son átomos de Helio átomos que tienen 4 protones son átomos de Berilio. átomos que contienen 8 protones son átomos de oxígeno. átomos que tienen 26 protones son átomos de Hierro.

IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS. El número atómico o número "Z" es el número de protones en el núcleo de un átomo y es utilizado para identificar un elemento. Un átomo de Helio con 2 protones, tendría un “Z” igual a 2. También los elementos pueden ser identificados, por su peso. El número de masa o número de "A" es una combinación de protones y neutrones, los cuales son las partes pesadas del átomo. A cada átomo le es asignado un número de "A" igual al número total de protones y neutrones en el núcleo. EL átomo de Helio tiene un Z = 2 y un A = 4.

Fig. 03 Z - Número Atómico: es el número de protones del núcleo y determina el elemento. A - Número de Masa: es el número de protones y neutrones en el núcleo. Este identifica diferentes átomos del mismo elemento. MATERIALES RADIOACTIVOS. Todos los elementos con un número “Z” común y un número de “A” diferente son llamados Isótopos del elemento básico. Los Isótopos de diferentes elementos son identificados colocando el número de "A" (número de masa) después del nombre del elemento. Ej.: Iridio - 192, Cobalto - 60, Carbono - 14, etc.

Por ejemplo, el Hidrógeno tiene un Z = 1, pero, al agregar un neutrón, tendrá un A = 2.

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Fig. 04

Fig. 05 Muchos isótopos de varios elementos ocurren naturalmente, mientras otros son creados artificialmente. Los Isótopos artificiales son creados bombardeando un elemento con un exceso de neutrones. Esto se hace en un reactor nuclear donde el proceso de fisión atómica libera gran número de neutrones libres. Después que el elemento básico ha absorbido algunos de los neutrones libres en el reactor nuclear, se forma un Isótopo, lo cual origina un aumento del número de masa "A" del elemento. Cuando este exceso de neutrones altera el balance y es rechazado por el núcleo, el Isótopo se vuelve inestable y se desintegra o decae en un tiempo determinado a una forma más estable. Los átomos inestables se dicen son radioactivos. Algunos Isótopos radioactivos son encontrados en la naturaleza, tales como: Uranio y Radio. Algunos Isótopos usados en radiografía como Iridio - 192, Cobalto - 60, son creados artificialmente. Cuando un elemento es convertido en radioactivo en un reactor nuclear, el proceso es conocido como "ACTIVACIÓN".

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Cuando un Isótopo inestable decae o se desintegra, emite pequeñas partículas que viajan a altas velocidades y los choques entre ellas liberan energía en forma de ondas desde el núcleo del átomo. Estas partículas y la energía que se libera del átomo radioactivo son: a. Partículas Alfa (α): son pesadas y están compuestas por 2 protones (Z = 2) y 2 neutrones (A = 4), su energía varía de 2 a 6 MeV. (Mega electrón-voltio) aproximadamente, pero solo viajan algunas pulgadas en el aire y pueden ser detenidas por una hoja de papel. b. Partículas Beta (β): son electrones que viajan a velocidades mayores que las partículas Alfa (α), pero solo avanzan algunos pies en el aire y pueden ser detenidas por delgadas hojas de plástico, aluminio, etc. Después de ceder su energía se estabilizan y pasan a formar parte de la órbita de un átomo cualquiera. c. Rayos Gamma (γ): no son partículas, son fotones de pura energía liberada desde el núcleo del átomo, viajan a la velocidad de la luz en forma de ondas electromagnéticas y en línea recta, no son desviados por campos magnéticos ni eléctricos. Tienen una longitud de onda muy corta. La liberación de esta energía ocurre generalmente después de la emisión de una partícula Alfa o Beta, o después de la interacción de un neutrón con el núcleo del átomo. Fig. 06

Dos isótopos radiactivos no tienen exactamente la misma manera de desintegración o decaimiento. Un Isótopo radioactivo puede decaer por emisión de cualquiera de las siguientes relaciones: a.

Emisión de Alfa solamente. 9

b. c. d.

Emisión de Beta solamente. Emisión de Alfa asociado con rayos Gamma. Emisión de Beta asociado con rayos Gamma.

Debido a que las partículas Alfa y Beta viajan muy poco en el aire son de muy poco interés práctico para el uso en radiografía. Por tal motivo, solamente los rayos Gamma son usados en este método. MEDICIÓN DE LA RADIACTIVIDAD. La unidad básica del material radiactivo es el “CURIE”. Cuando un material radiactivo decae a una velocidad de 3,7x1010 desintegraciones por segundo, se dice que tiene una actividad de un Curie. Esto es 37 billones de desintegraciones por segundo (37 x 10 9 dps). La nueva unidad en el Sistema Internacional (SI.) es el Becquerel y un Bq = dps = 3, 7x1010 Bq = 37 GBq (Giga – Becquerel), Giga = 10 9 prefijo. ¿Cuál es la actividad de una fuente radiactiva que produce 222 Billones de desintegraciones por segundo? Respuesta = 6 Curies. Cuándo comparamos dos fuentes porque una tiene más alta actividad que la otra, no implica que esta produzca mayor radiación. Ej.: Cuando un átomo de Cobalto – 60 decae, emite una partícula Beta y dos rayos Gamma. Cuando un átomo de Thulio – 170 decae, ¼ de los átomos emiten una partícula Beta y un rayo Gamma y las 3/4 partes de los otros átomos emiten partículas Beta sin rayos Gamma. ACTIVIDAD: Número de desintegraciones por segundo. ACTIVIDAD ESPECÍFICA: Es la actividad en Curies por gramo de cualquier fuente radiactiva. Ejemplo: Si 4 gramos de Iridio – 192 tienen una actividad de 100 Curies, entonces la actividad especifica es 25 Curies por gramo. ¿Cuál es la Actividad Especifica de lo siguiente? Tres (3) gramos de Co-60 con una actividad de 200 Curies. Respuesta: 66,66 Ci/gr. VIDA MEDIA. La Vida Media de un Isótopo es el tiempo que este toma para que la mitad de sus átomos decaigan o desintegren. Algunos Isótopos decaen rápidamente, es decir, tienen Vida Media muy corta y una alta Actividad Específica. 10

Otros Isótopos decaen lentamente, es decir, tienen una larga Vida Media y una Actividad Especifica baja. Ej. El Cesio - 137 tiene una Vida Media de 30 años, si inicialmente tenia una Actividad Específica de 1 gr/Curie. ¿Cuánto tendrá al cabo de 120 años? Respuesta: 1/16 remanente. Vida Media de los Isótopos más comúnmente usados: Isótopo

Vida Media

Radio 226%, (Ra – 226) Cesio – 137 (Cs – 137) Cobalto – 60 (Co – 60) Thulio – 170 (Tu – 170) Iridio – 192 (Ir – 192)

1.620 30 5.3 130 75

Años Años Años Días Días

¿Cuál seria la actividad de 150 Curies de Ir-192 después de transcurridos 75 días?

Respuesta: 75 Curíes ¿Cuál seria la actividad de 50 Curies de Ir-192 después de transcurrir 225 días? Respuesta: 6,250 Curies Para determinar la actividad de una fuente radiactiva se utiliza la fórmula del decaimiento radiactivo: A = Ao * e

− Ln 2 *T Vm

De donde: A1 Ao VM T

= Actividad después de transcurrido un tiempo determinado (Curies). = Actividad inicial de la fuente (Curies) = Vida Media. = Tiempo transcurrido.

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PENETRACIÓN, ABSORCIÓN Y FORMACIÓN DE IMÁGENES. Los rayos X y Gamma poseen la capacidad de penetrar los materiales. La cantidad de absorción en cualquier punto al atravesar el material depende del espesor y densidad en ese punto. Cuando esta variación es detectada y registrada en una película, generalmente, una imagen de la estructura interna del material es evaluable. La imagen latente producida en la película cuando esta es procesada nos da una imagen en dos dimensiones del objeto. Los diferentes espesores del objeto o algunas discontinuidades, absorberán diferente cantidad de radiación que llega a la película y producirán áreas de diferente densidad u oscurecimiento en la superficie de la película.

Fig. 07

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¿Qué es la Radiación? Los rayos X y Gamma pertenecen a la familia de las ondas electromagnéticas:

Fig. 08 El espectro esta arreglado en orden de frecuencia de onda. Las ondas con la más baja frecuencia se ubica en el lado extremo izquierdo, mientras que las de alta frecuencia están en el extremo derecho. La luz visible y los rayos X y Gamma son miembros del espectro electromagnético. Ellos tienen muchas cosas en común: a. b. c. d.

Viajan a la velocidad de la luz (3x10 5 Km. /seg.) Viajan en línea recta. No son afectados por campos magnéticos ni eléctricos. Pueden exponer una película fotográfica.

Longitud de Onda: es la distancia entre las crestas o picos de la onda. Estas ondas pueden variar en longitud. Algunas ondas de radio tienen Kms de largo, mientras las ondas de los rayos X y Gamma son medidas en unidades de "Ángstrom". Un Ángstrom es igual a 10-8 billonésima de centímetros, un micrón es igual a 10 -4 centímetros.

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Fig. 09 Frecuencia: es el número de ondas electromagnéticas que pasan por un punto dado en un segundo. Recuerda que todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad. La frecuencia se mide en ciclos por segundo. Un ciclo es el tiempo requerido para que una onda se mueva de un pico a otro inmediato. En el ejemplo de abajo, asuma que el tiempo es un segundo. ¿Cuál es la frecuencia de cada rayo en ciclos por segundo?

Fig. 10 La frecuencia y longitud de onda de las ondas electromagnéticas son inversamente proporcionales, es decir, cuando una se incrementa la otra decrece en una cantidad proporcional. Al doblar una, la otra se reduce a la mitad. A menor longitud de onda, mayor será el poder de penetración. Todos los rayos X y Gamma son considerados que tienen la misma amplitud o altura o el mismo pico de energía.

Fig. 11 14

Las ondas A y B presentadas tienen la misma altura, pero diferente frecuencia y longitud de onda. En la onda A habrá más picos de energía por unidad de longitud en comparación con la onda B. El rayo con la mayor energía tendrá la amplitud de onda más corta. La diferencia más importante desde el punto de vista radiográfico entre la luz visible, los rayos X y Gamma es su habilidad para penetrar cuerpos opacos. Estos últimos tienen ondas de alta frecuencia y longitud de onda muy pequeñas, por tanto, pueden penetrar, objetos y exponer una película fotográfica. La profundidad de penetración de los rayos depende del tipo de material (densidad) del objeto y la energía del rayo.

Fig. 12 Recuerda que la energía del rayo depende de la frecuencia y longitud de onda, es decir a mayor energía más alta frecuencia y longitud de onda más corta. Los rayos de la misma frecuencia y longitud de onda tienen propiedades idénticas. Otra característica importante de los rayos X y Gamma es que viajan en línea recta. La radiación hace que la imagen de un objeto aparezca como una sombra, la cual puede compararse a la sombra que un objeto podría dejar cuando es alumbrado con luz visible. Los rayos X y Gamma tienen la habilidad de ionizar la materia, por lo tanto, cuando la radiación penetra en la película la expone, debido a que los rayos ionizan los granos de Bromuro de plata (BrAg) suspendidos en la emulsión de la película. La ionización de la emulsión de la película forma una imagen latente, la cual es develada luego durante el procesamiento de la película.

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Fig. 13 El objeto a ensayar es considerado muy importante para realizar una radiografía. Cantidad razonable de radiación puede penetrar el objeto y formar una imagen latente, pero mucha cantidad de rayos podrían sobre exponer la película y oscurecerla. La absorción es la habilidad del objeto de bloquear el paso de los rayos a través de él. Cuando la película es revelada, la porción expuesta (más radiación) se torna más oscura que la menos expuesta, la cual se vería mas clara.

Fig. 14

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Fig. 15 La formación de una imagen sobre la película depende de la cantidad de radiación recibida por diferentes secciones de la película, que es la que atraviesa al objeto. Una discontinuidad tal, como un vacío representa una diferencia de espesor en el objeto y podría aparecer como una área oscura sobre la película revelada.

Fig. 16

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SENSIBILIDAD Y DISPERSIÓN. SENSIBILIDAD RADIOGRÁFICA. Antes de que la radiografía sea usada como herramienta de ensayo no destructivo, debemos tener una idea de su sensibilidad. La sensibilidad radiográfica se refiere al detalle más pequeño que puede ser detectado y es una función del contraste y la definición de la radiografía. Contraste: es la diferencia entre áreas de diferente densidad mostradas en la película radiográfica. La película A tiene mayor contraste que la película B.

Fig. 17 Definición: es la línea de demarcación que separa áreas de diferente densidad en una película. Si la imagen es clara y aguda se dice que la radiografía tiene buena definición. La película B muestra mejor definición que la película A.

Fig. 18 La falta de agudeza geométrica es causada por electrones libres que son generados y pasan a través de la película. Los electrones de los átomos que forman el objeto se dispersan en todas direcciones y causan algún grado de borrosidad en la película, la cual no puede ser eliminada, esto se conoce como radiación dispersa.

La radiación dispersa afecta el contraste y la definición de la radiografía. 18

Tipos de Dispersión. 1.- Dispersión Interna: se origina dentro del objeto cuando la energía es absorbida y desviada debido a la interacción entre la radiación y los átomos que forman el objeto, haciendo que la radiación pase y sea absorbida por la película en diferentes direcciones.

Fig. 19 En la película de la derecha se observa una pobre definición causada por la dispersión interna. 2.- Dispersión Lateral: se origina de paredes o cualquier otro objeto cercano al espécimen, originando que los rayos primarios se dispersen en diferentes direcciones y pasen a través de la película.

Fig. 20 3.- Retro-Dispersión: se origina de cualquier material (piso, pared, funda, pantalla, etc.) que se encuentre detrás de la película causando mala definición y bajo contraste. 19

Fig. 21 Para identificar si hubo o no retro-dispersión, se coloca una letra "B" de plomo detrás de la funda o casete, si una imagen clara de “B” aparece sobre un fondo oscuro de la película podría indicarse que hubo retro-dispersión, pero si la imagen es oscura solo indica que se marco por presión. 4.- Penumbra Geométrica: la característica principal de la radiación que permite la formación de sombras es que la energía viaja en línea recta. La penumbra geométrica es causada por: 1. Tamaño de la fuente. 2. Distancia fuente objeto. 3. Distancia objeto película.

Como la fuente no es un punto sino un área pequeña, la imagen proyectada no es perfectamente definida. El borde borroso de la imagen es llamado "penumbra". La penumbra no puede ser eliminada completamente porque un punto como fuente no puede ser obtenido en un equipo radiográfico, sin embargo, la penumbra puede ser reducida cuando la distancia fuente-objeto es aumentada. También se puede reducir la penumbra al acercar la película al objeto tanto como sea posible.

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Fig. 22 El tamaño de la penumbra geométrica es igual al ancho de la penumbra y esta determinada por la fórmula: Ug =

Fxt D

Ug = Penumbra Geométrica. F = Tamaño de la fuente (diámetro focal). t = Distancia del lado fuente del objeto a la película (espesor del objeto). D = Distancia fuente-objeto. La óptima penumbra geométrica se obtiene cuando: a. La fuente de radiación es lo más pequeña posible. b. La distancia fuente-objeto es la más grande posible. c. La distancia de la película al objeto es la más pequeña posible. Hasta donde sea posible los rayos de la fuente deben ser dirigidos perpendicularmente a la película para prevenir imágenes distorsionadas.

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Fig. 23 Una imagen distorsionada podría afectar la interpretación de la película. La forma del objeto es otro factor geométrico que afecta la definición de la imagen radiográfica. La imagen de una inclusión seria muy difícil de ver si existe un cambio gradual en la densidad fotográfica. El objeto A tendrá mejor definición y mayor contraste debido al cambio abrupto en espesores.

Fig. 24 El objeto B tiene mayor latitud debido al cambio gradual del espesor. El tamaño de grano de la película es otro factor que afecta la definición radiográfica. Las películas de grano grueso se utilizan para disminuir el tiempo de exposición, mientras que las de grano fino dan mejor definición y son más lentas.

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Fig. 25

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ENERGÍA, INTENSIDAD Y ABSORCIÓN DE LA RADIACIÓN. Los dos tipos de radiación usados en radiografía son: Rayos X y rayos Gamma. Excepto por la fuente que los produce, estos son el mismo tipo de radiación electromagnética.

Fig. 26 Los rayos X y Gamma no son parte de materia como las partículas Alfa y Beta, sino que son energía pura (fotones). Los rayos X y Gamma no tienen masa ni peso, por tanto, no pueden ser detectados por nuestros sentidos. La energía de estos rayos es medida en: • Kilo electrón voltio (Kev). • Mega electrón voltio (Mev). Un electrón voltio (ev) es la cantidad de energía igual a la energía ganada por un electrón cuando es acelerado por un voltio. Si un electrón fue acelerado por un potencial de 100 kilo voltios (100 Kev.) en una máquina de rayos X, el electrón tendrá una energía de 100 Kilo electrón voltio (100 Kev.). Cuando los rayos X son producidos, hay un amplio rango de energía, ya que no todos los electrones son acelerados al máximo voltaje dentro de la máquina de rayos X. Cuando se produce radiación Gamma los rayos que emiten los Isótopos tienen una o más energías específicas. Las energías siempre son las mismas para cualquier isótopo específico. El Co-60 siempre emite dos (2) rayos Gamma duros; uno de estos rayos es equivalente al rayo más duro que puede producir una máquina de rayos X de 1.33 Mev, el otro rayo es equivalente a 1.17 Mev. No importa la fuerza de los Curies (Actividad) o tamaño de un Isótopo, la energía de un rayo individual siempre es la misma. 24

Fig. 27 La energía de los rayos Gamma está determinada por el tipo de fuente y la intensidad (número de rayos) está determinada por la actividad o fuerza de los Curíes de Isótopo. La energía de los rayos X está determinada por el voltaje aplicado a la máquina y la intensidad esta determinada por el amperaje (corriente) aplicado al tubo de rayos X en miliamperios. Los rayos Gamma se originan durante la desintegración de los núcleos de los átomos de los Isótopos radiactivos, a diferencia de los rayos X que se originan cuando una materia es bombardeada con un haz de electrones quienes liberan energía durante la interacción con los electrones de las órbitas o núcleos de los átomos. ABSORCIÓN Y DISPERSIÓN. Los rayos X y Gamma penetran los materiales ligeros mas fácilmente que los densos, es decir, mayor densidad del material ofrece mayor resistencia a la penetración de los rayos. Los rayos X y Gamma son pequeños paquetes de energía llamados fotones que se mueven a la velocidad de la luz. La energía de los fotones no desaparece sino que se transforma durante un proceso conocido como “ionización". LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA. La energía no puede ser creada ni destruida, sino convertida en otra forma de energía diferente como el calor, la luz, etc. Un ión es un átomo cargado positiva o negativamente. Si tú remueves un electrón de un átomo, este queda cargado positivamente, por ejemplo, cuando un fotón choca con un electrón al penetrar el material forma un par de iones, un ión positivo y un ión negativo.

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El fotón saca al electrón fuera de este átomo y transfiere parte de su energía al electrón, dando como resultado la ionización, formando un ión positivo y uno negativo, es decir, un par de iones.

Fig. 28 Los electrones producidos por esta ionización absorben alguna de la energía del fotón y se mueven con diferente velocidad en diferentes direcciones. En la generación de rayos X, los electrones libres chocan con la materia y producen radiación secundaria de baja energía, también llamado radiación dispersa. La absorción y dispersión de los rayos X y Gamma ocurre cuando el fotón (energía pura) choca con un núcleo o con electrones de la órbita de un átomo de un elemento. La absorción y dispersión ocurre de dos maneras: a. Efecto Fotoeléctrico: ocurre principalmente con fotones de rayos X de baja energía (10 a 500 Kev) En este caso el electrón absorbe toda la energía del fotón. El efecto fotoeléctrico envuelve la completa absorción del fotón. Parte de la energía es usada en sacar el electrón de su órbita y el remanente imparte velocidad al electrón.

Fig. 29

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Recuerda que un fotón no es una partícula aunque puede actuar como tal. Cuando la energía del fotón es absorbida en realizar un trabajo, no queda nada como residuo. b. Efecto Compton: Ocurre cuando rayos de mediana energía chocan con los electrones orbitales y transfieren parte de su energía al electrón y la energía remanente toma la forma de un nuevo fotón de baja energía que viaja en otra dirección.

Fig. 30 El fotón disperso atraviesa varios efectos Compton antes de que sea absorbido completamente por el efecto Fotoeléctrico.

Fig. 31 La radiación secundaria no es más que rayos de baja energía obtenidos a partir de la radiación primaria por colisión con la materia. La radiación dispersa da origen a la radiación secundaria, por tal motivo el efecto Compton es un tipo de radiación secundaria.

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Otro punto importante que debemos saber es que pasa con los electrones de alta velocidad que se producen en el Efecto Compton y Efecto Fotoeléctrico, ya que el fotón es absorbido completamente en el efecto Fotoeléctrico. La energía cinética de estos electrones es absorbida de dos maneras: 1. Al chocar el electrón con otro electrón se forma un par de iones, el electrón que

es golpeado es sacado fuera de su órbita y toma alguna energía del primer electrón. Este proceso continúa hasta que hay muy poca energía en cualquier electrón. Esta baja energía es la que se emite como rayos ultravioleta, luz o calor. 2. El proceso BREMSSTRAHLUNG (rompe rayos) retarda o para completamente los

electrones de alta velocidad debido al campo positivo de los núcleos atómicos.

Fig. 32 La energía que es absorbida por el núcleo, es en exceso de la que necesita el átomo, y es inmediatamente radiada como un rayo X de igual o menor energía. Si el electrón fue completamente parado, el rayo X emitido podría tener una energía igual a la energía cinética total de electrón. El proceso BREMSSTRAHLUNG puede causar otros rayos X de baja energía los cuales pueden producir efectos Compton y Fotoeléctricos adicionales. Esta dispersión (secundaria) de la radiación puede ser un problema serio para el radiólogo.

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Fig. 33 VALOR DE CAPA MITAD O VALOR DE CAPA MEDIO. HALF VALUE LAYER (HVL). En algún lugar en la capa de material hay un nivel en que el número de rayos (intensidad) de la radiación es la mitad de la intensidad sobre la superficie del material. Esta profundidad es el valor de capa medio de ese material para con ese tipo de radiación en particular. La radiación es reducida a la mitad por cada HVL que pase o atraviese.

Fig. 34

RADIACIÓN DE PARTÍCULAS. 29

Los tres tipos de partículas de radiación más comunes y que tienen poca importancia en radiografía son: a. Radiación o partículas Alfa: Tienen carga positiva, son lentas y pesadas. Son capaces de ionizar al remover un electrón, pero no penetran profundamente. b. Radiación o partículas Beta: Son electrones de alta velocidad, tienen carga negativa, son livianos y no ionizan como las partículas Alfa. c. Radiación de Neutrones: Tienen la peculiar cualidad de penetrar muchos elementos de alta densidad con facilidad y sin embargo son fácilmente absorbidos por muchos elementos livianos como el Hidrógeno. Esta cualidad es justamente lo contrario de los rayos X y Gamma. En la radiación de neutrones la imagen que se forma en la película es un negativo de la película hecha con rayos X y Gamma, es decir, las zonas oscuras se verán claras y viceversa (un sentido de densidad inverso). Generalmente, se utilizan en perfilaje de pozos con fuentes de Americio, debido a la alta densidad del fluido.

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FUENTE DE RAYOS GAMMA. Hay dos tipos de Isótopos que son generalmente muy usados en radiografía industrial. 1. Cobalto-60: es un Isótopo artificial con una vida media de 5.3 años. 2. Iridio-192: es un Isótopo artificial con una vida media de 75 días. Otros Isótopos algunas veces usados son: 1. Radio-226: es natural, vida media de 1620 años. 2. Cesio-137: es artificial, vida media de 30 años. 3. Thulio-170: es artificial, vida media de 130 días. Todos estos Isótopos son una fuente de rayos Gamma. VENTAJAS DEL USO DE LOS ISÓTOPOS. 1. No necesitan una fuente externa de poder, por tanto puede usarse en áreas remotas. 2. Las exposiciones pueden ser hechas panorámicas y direccionales. 3. El equipo es fácil de transportar. 4. El costo del equipo es menor que el de rayos X para un rango de voltaje dado. 5. El Isótopo puede ser introducido por pequeñas aberturas en difícil acceso. 6. El equipo es seguro y fácil de operar. 7. Su tamaño es pequeño, lo cual permite tomar placas con distancias fuente película corta en sitios poco accesibles, lo cual de no se así, afectaría la agudeza geométrica. 8. Algunos Isótopos tienen alto poder de penetración, pudiéndose usar en materiales de alto espesor o alta densidad. DESVENTAJAS DEL USO DE LOS ISÓTOPOS 1. La protección necesaria para manipular manualmente un Isótopo puede ser muy pesada. 2. Si el Isótopo tiene una vida media corta, hay que tomar en cuenta el costo del reemplazo de la fuente. 3. La habilidad de penetrar depende del Isótopo y no puede ser cambiada o variada de acuerdo al espesor y densidad del material. 4. Generalmente dan menos contraste que los rayos X. 5. La radiación no puede ser cortada o quitada a voluntad, lo cual amerita mayores condiciones de seguridad. ENERGÍA DE LOS ISÓTOPOS Y SU EQUIVALENCIA. Cuando hablamos acerca de la energía de radiación cedida por una fuente radiactiva, hablamos de Kilo voltaje promedio. Ej. El Cobalto emite energía de 1.17 Mev y 1.33 Mev, lo cual da un promedio de 1.25 Mev. Radio = 1.22 Mev promedio Cesio = 0.66 Mev promedio Iridio = 0.35 Mev promedio Thulio = 0.072 Mev promedio Cobalto = 1.25 Mev promedio

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En la máquina de rayos X la energía viene dada en términos de picos de voltaje y no en promedio como los Isótopos.

Fig. 35 Debido a que los Isótopos son clasificados según su voltaje promedio y los rayos X según voltajes picos, entonces, la fuerza de un Isótopo esta determinada por la cantidad de Kev o Mev que necesita una máquina de rayos X para hacer el mismo trabajo. Esto es llamado la energía equivalente del Isótopo: Isótopos Cobalto Radio Cesio Iridio Thulio

Energía Equivalente de RX 2000 a 3000 KVP PICO 1000 a 2000 KVP PICO 600 a 1500 KVP PICO 150 a 800 KVP PICO 30 a 150 KVP PICO

La razón por la que las máquinas de rayos X pueden ser clasificadas por su pico de voltaje y no por su voltaje promedio, es que las diferentes máquinas de rayos X tienen diferente forma de onda, dependiendo del tipo de rectificación. EL voltaje promedio de una media onda rectificada de una máquina de rayos X, puede tener un promedio de:

Fig. 36

El promedio de una onda completamente rectificada de una máquina de rayos X puede tener un promedio que es mucho mayor. 32

Fig. 37 Para producir una radiografía de alta calidad usando Isótopos, deben tomarse en cuenta algunas consideraciones para elegir la fuente correcta: a. Actividad: que es la cantidad de rayos que produce la fuente. b. Energía Equivalente: una fuente radiográfica debería emitir exactamente el ideal haz monocromático que daría la correcta cantidad de exposición. c. Recuerde que la energía del Isótopo es intrínseca y no puede ser cambiada en cambio la máquina de rayos x, la energía puede ser controlada por el radiólogo variando el voltaje. d. Vida Media: debido a que el Isótopo decae su intensidad decrece y el tiempo de exposición debe ser mayor. Ej.: ¿Cuál seria la actividad de una fuente de 100 Curies, de Cobalto-60, después que han transcurrido 21.2 años? R: 6.25 Curies

33

TABLA 01 Cobalto Co-60

Radio Ra-226

Cesio Ce-137

Iridio Ir-192

Tulio Tm.-170

Nivel de Radiación R/Hr FCi

14.5

9.0

4.2

5.9

0.03

Energía (Mev)

1.25

1.22

0.66

0.355

0.072

Rayos X Equivalentes (Mev)

2a3

1a2

0.6 a 1.5

0.3 a 0.8

0.1 a 0.3

Vida Media

5.3 años relativamente larga

1620 años muy larga

30 años larga

75 días muy corta

130 días corta

½”

½”

0.3”

0.2”

0.05”

1” a 7”

1” a 5”

1” a 3”

¼” a 3”

Muy fino a media pulgada

Relativamente grande

Muy pequeña

Pequeña

Baja

Muy alta

La mas alta

Valor de capa media Penetración en acero Tamaño fuente Actividad especifica

pequeña Media

Costo

Bajo

Otros

Realmente disponible

Radio: grande Radón: Pequeña Muy baja Alto para comprar bajo para alquilar La fuente actual es gas radón

medio Requiere doble cápsula

Relativamente bajo Realmente disponible

alto No disponible realmente

EQUIPO DE LOS ISÓTOPOS: BLINDAJE. Las fuentes de Isótopos presentan un peligro de radiación severo y cuando no están en uso deben ser manejados con cuidado y almacenados en contenedores blindados. Las fuentes pueden ser manejadas de dos maneras: 1. Moviendo la fuente del centro a la superficie del contenedor blindado .

Fig. 38

2. Moviendo la fuente del centro a un punto a cierta distancia del contenedor. 34

Fig. 39 Algunos radioisótopos están disponibles por suplidores comerciales. Los fabricantes clasifican los isótopos primero por su poder de penetración, luego por su vida media y finalmente por su actividad (expresado en Curies). Operación de una cámara típica de un isótopo.

Fig. 40

35

MEDIDAS DE LA RADIACIÓN La radiación puede ser un peligro para el cuerpo humano. Las máquinas de RX y los materiales radiactivos no son las únicas fuentes de radiación. La “Radiación cósmica” que viene del espacio atraviesa nuestro planeta y por ende a los seres humanos y contribuye a dañar las células del tejido vivo. Es muy importante recordar que la radiación ionizante tiene la habilidad de causar daños al tejido del cuerpo humano. PELIGRO DE LA RADIACIÓN La célula es la unidad básica de formación de todos los tejidos vivos, la cual contiene minerales, lípidos, proteínas y azucares agrupados por una fina membrana acuosa. La mayoría de las células tienen un tiempo de vida limitado y cuando mueren son reemplazadas por células nuevas, que se forman por la división de estas. La radiación Ionizante es capaz de romper los enlaces químicos, Ej.

Fig. 41 El proceso mediante el cual ocurre el daño al tejido vivo se conoce como ionización. Los daños al tejido humano ocurren cuando los electrones son chocados y sacados fuera de sus órbitas causando: a. La muerte de la célula por rompimiento de su estructura. b. La incapacidad de la célula de reproducirse. c. Que las células se reproduzcan de una manera anormal. Los rayos X y Gamma tienen la habilidad de dañar el tejido humano. Los materiales sometidos al efecto de la radiación, no quedan radiactivos después que el efecto cesa. Una persona que haya sufrido daño de radiación no afecta a otras personas. La contaminación no es un peligro de seguridad mayor en el trabajo radiográfico. EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN INTERNAY EXTERNA 36

La exposición a la radiación externa, proviene de máquinas de rayos X, cámaras de rayos Gamma, son externos al cuerpo de las personas, rayos cósmicos, etc. La radiación interna resulta cuando el material radiactivo es introducido dentro del cuerpo humano o por frotamiento con alguna parte del cuerpo. En radiografía industrial la posibilidad de radiación interna es muy difícil. La cantidad de daño que el material radiactivo pudiera ocasionar en el cuerpo, a través del tiempo, está determinado por la vida media del Isótopo. La vida media de un isótopo radiactivo es el tiempo que toman los átomos de un isótopo en desintegrarse o decaer a la mitad de su actividad. Existen organismos tanto nacionales como internacionales que se encargan de establecer regulaciones de seguridad relacionadas con el manejo y uso de radioisótopos. Estos organismos hacen recomendaciones que sirven de base para establecer leyes, reglamentos y normas. DENTRO DE LOS ORGANISMOS INTERNACIONALES SE PUEDEN CITAR: a. La Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) b. La Organización Internacional de Energía Atómica. (OIEA.) c. La Comisión de Regulaciones Nucleares de EE.UU. (USNCR) ORGANIZACIONES EN VENEZUELA a. Ministerio de Trabajo. b. Ministerio del Ambiente c. Petróleos de Venezuela S.A. (CAPRA) d. Normas COVENIN e. Decreto 2210 f. LOPCYMAT (Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo). UNIDADES DE MEDICIÓN DE DOSIS DE RADIACIÓN La Unidad básica para expresar la exposición a la radiación es el “ROENTGEN”. El principio de la medición se basa en el efecto de ionización. La ionización crea un par de iones (negativo y positivo). El número de pares de iones puede ser medido por la cantidad de corriente eléctrica que éste produce. El Roentgen no es una medida directa, pero mide la radiación presente en el área, a la cual podía estar expuesta una persona en la misma área. Técnicamente se define el Roentgen como la cantidad de radiación ionizante que produce 2.083 millones de pares de iones en un centímetro cúbico de aire. La nueva unidad del sistema SI es el Coulomb/Kilogramo (C/Kg). 1 Roentgen (R) = 2.58x10-4 C/Kg. También se usa el miliRoentgen (mR) para medir la exposición de las personas. 1 mR = 0.001R RAD, RBE Y REM 37

Estas son todas las unidades que nos permiten relacionar la radiación al efecto biológico que ésta pueda causar en el tejido humano. RAD: Dosis de Radiación Absorbida. El RAD es una medida de absorción y el Roentgen es una medida de exposición. Esto es semejante a una situación causa-efecto. El RAD puede ser relativo a cualquier tipo de radiación. No hay una manera de medir el RAD en el aire, ya que no es una medida de exposición sino de absorción. Pero para propósitos prácticos, una exposición de un Roentgen de rayos X o Gamma dan una dosis absorbida en el tejido igual a un RAD. RBE: Efecto biológico de la Radiación. El RBE es la medida del efecto de la radiación sobre el tejido humano. Diferentes tipos de radiación tienen un factor RBE propio. Un RAD de radiación Alfa puede hacer más daño al tejido que un RAD de rayos Gamma. Tipo radiación X y Gamma Beta Alfa Neutrones

RBE 1 1 20 10

REM: “Roentgen Equivalent Man” El REM es el efecto producido en humanos por cualquier tipo de Radiación. La fórmula RAD vs. RBE podría encontrar la dosis biológica (REM) de cualquier tipo de Radiación. REM = RBE x R: Para radiación X y Gamma REM = RBE x RAD: Para radiación Alfa. Para evaluar la dosis y aplicar el registro permanente, toda la radiación debe ser convertida a REM, Ej.: TABLA 02 Tipo de Exposición / Dosis RBE Dosis en REMS Radiació Absorbida n Gamma 0.3r (o Rad.) = 0.3 * 1 Beta 0.1 Rad. 1 = 0.1 * Alfa 0.02 Rad. = 0.4 * 20 0.8

La unidad de dosis absorbida en el sistema internacional (SI.) es el GRAY. 1

GRAY

= 38

100 RADS

1 1

RAD GRAY

= =

100 erg/gr 1 J/Kg

La unidad de dosis equivalente en el sistema internacional es el SIEVERT. 1 SIEVERT = 100 REMS Ejemplo: Una Persona estuvo sometida al siguiente tratamiento de radiación: 3 RAD de Alfa, 10 RAD de Beta, 5 R de Rayos Gamma y 6 R de rayos X. Calcule la dosis equivalente total absorbida y la dosis equivalente total recibida. a.- Dosis absorbida total: 3 10 5 6 24

RADS de Alfa RADS de Beta RADS o R (rayos Gamma) RADS o R (rayos X) RADS

b.- Dosis equivalente total: Radiación Alfa Beta Rayos Gamma Rayos X

Dosis Absorbida 3 RADS 10 RADS 5 RADS 6 RADS

Factor 20 1 1 1 Total:

Rems 60 10 5 6 81 Rems

El REM es la unidad estándar para registrar la dosis biológica. Para rayos X y Gamma el R (Roentgen) es igual al REM. La Tasa de dosis es la tasa de tiempo en que la dosis de radiación recibida. La expresión REMS por hora es la tasa de dosis biológica. Para rayos X y Gamma, la tasa de exposición en Roentgen por hora es la misma tasa de dosis en REMS.

REGISTRO DE EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN DOSIS DE RADIACIÓN PERMISIBLE

39

Es aquella dosis que no causa daños en el tiempo en que viva la persona. La Comisión de Regularización Nuclear de los Estados Unidos (USNRC) ha establecido dosis trimestrales permisibles: Área del cuerpo expuesta Todo el cuerpo, cabeza, tronco, órganos, ojos, gónadas. Manos y piernas, pies, brazos

REMS/trimestre 1,25

Piel de todo el cuerpo

7,50

18,75

El daño causado por la radiación, no solamente toma en cuenta la cantidad del cuerpo expuesta sino también la parte del cuerpo que se expone. La cantidad de una dosis de radiación podría tener menos efecto si es recibido en un largo periodo de tiempo, ahora la misma dosis puede causar daños permanentes si es recibida toda de una vez. El cuerpo es capaz de reparar daños ocasionados por la radiación. El cuerpo puede absorber 1,25 REMS de una sola vez, pero es preferible 0,1 REM por semana. La edad es otra variable que afecta la cantidad de daño producida por la radiación a la persona expuesta. Las Células del cuerpo que son capaces de dividirse y reproducirse son las más vulnerables a los daños por la radiación. La Regulación Federal ha establecido que ninguna persona menor de 18 años de edad deba trabajar donde se realicen labores de radiografía. Otra variable que afecta la cantidad de daño producida por la radiación es la diferencia biológica entre personas. Una sobredosis que puede ser fatal para una persona, para otra no representa riesgo de muerte. Las siete variables que influyen en el efecto que una dosis de radiación tiene sobre una persona son: a. b. c. d. e. f. g.

El nivel de radiación El Tiempo en que la dosis es recibida. La diferencia biológica entre individuos. La cantidad del cuerpo expuesta. La edad de la persona. La parte del cuerpo expuesta. La dosis acumulada permisible.

La empresa que trabaje con material radioactivo debe mantener un registro de todas las personas ocupacionalmente expuestas.

40

Ejemplo:

41

Se dijo que una persona tenía un límite de 1,25 REMS/trimestre, sin embargo puede recibir hasta 3 REMS/trimestre o 12 REMS por año si su dosis total acumulada no excede 5x (N-18) REMS. Dosis Acumulada Permisible: 5 x (N-18) 5: Promedio de dosis anual permisible. N: Edad de la persona en años. 18: Edad mínima recomendada. Ej.: ¿Cuál es la dosis permisible para una persona de 30 años, la cual tiene una dosis total acumulada de 6 REMS? 5x (30 -18) = 60 (dosis permisible). 60 - 6 = 54 REMS (dosis permisible). Esto quiere decir, que puede recibir hasta 12 REM/año, pero si tiene una dosis total acumulada de 50 REM, entonces: 60-50 = 10 REM (Dosis permisible) Lo más que puede recibir en el año es 10 REMS, sin embargo, lo permisible es 5 REMS/año. EFECTOS Y DETECCIÓN DE LA RADIACIÓN EFECTOS DE LA RADIACIÓN Ciertas células del cuerpo son más fácilmente afectadas por la radiación que otras. Estas células tienen alta radio sensibilidad. A continuación una lista en orden decreciente de rediosensibilidad: a. b. c. d. e. f. g.

Glóbulos blancos. Glóbulos rojos inmaduros. Células del tejido gastrointestinal. Células de los órganos reproductores. Células de la piel. Células de los vasos sanguíneos. Células de los tejidos, huesos, músculos y nervios.

De arriba se deduce que las primeras indicaciones por daño de radiación, es un cambio en la cantidad de glóbulos rojos y blancos de la sangre. Los exámenes de sangre no son suficientemente sensibles para detectar los límites de exposición fijados por las normas. Según PDVSA y COVENIN una persona ocupacionalmente expuesta (Radiólogo) podría recibir 1 mR/Hr y una persona del público (no expuesta) 0,05 mR/Hr. 42

El efecto biológico causado por una sobredosis de radiación, puede dividirse en 2 tipos: a. Efectos Somáticos: efectos físicos sobre el cuerpo. b. Efectos Genéticos: efectos hereditarios, pueden pasar a la descendencia. Los efectos somáticos son más conocidos que los genéticos. Si la dosis es absorbida por todo el cuerpo en un periodo de 24 horas, se presentan signos y síntomas de acuerdo a lo siguiente: TABLA 04 Todo el cuerpo en 24 horas Dosis en Rems 0 a 25 25 a 50 100 200 a 250 500

Efectos Efectos no detectables Ligeros cambios temporales en la sangre Nauseas y fatiga Primeras muertes Dosis letal media

Es posible recibir hasta 25 REMS en corto periodo de tiempo sin efectos detectables. Una dosis de 50 REMS podría ser detectable en la sangre. El periodo entre la exposición y la aparición de los primeros síntomas es llamado periodo latente. Una sobredosis de 200 REMS puede tomar hasta una semana hasta que aparezcan los síntomas tales como: caída del cabello, diarrea y pérdida del apetito. Sin embargo, con la facilidad de la radiografía moderna no hay razón para recibir una sobredosis si se toman en cuenta las precauciones de seguridad establecidas. DETECCIÓN DE LA RADIACIÓN E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. Nuestros sentidos no pueden detectar la radiación, por esta razón son utilizados algunos objetos en el campo de la radiografía. Estos instrumentos están clasificados de acuerdo a su uso y se dividen en: a. Medidores de tasa de exposición (mR/Hr): monitor de área de radiación. b. Medidores de lectura directa acumulada: dosímetro de bolsillo, dosímetro de película. Todos los objetos son diseñados para medir la exposición de radiación X o Gamma en REMS o mR por unidad de tiempo (horas). El principio de funcionamiento de estos objetos es la ionización. Hay dos tipos de dosímetros de bolsillo, ambos con la misma apariencia y operación. Uno es de lectura directa y el otro de lectura indirecta.

43

El dosímetro de lectura indirecta puede ser leído usando un objeto adicional de carga y lectura. Ej.

Fig. 42 El dosímetro de lectura directa es leído mirando a través de la mirilla del lente. Tiene una escala de aproximadamente 200 mR, provisto de una fibra de cuarzo electroscópica.

Fig. 43 Cuando ocurre la ionización en la cámara debido a la radiación de alta energía, el aire se convierte en conductor eléctrico y la fibra de cuarzo cargada negativamente es atraída hacia el polo positivo.

Fig. 44 La ventaja de este dosímetro es que permite una lectura instantánea de dosis acumulada de exposición recibida. El rango del dosímetro es generalmente 0-200 mR, con una precisión de + / - 10%. El dosímetro es generalmente utilizado conjuntamente con un dosímetro de película. 44

El dosímetro de película tiene la ventaja de proveer un registro permanente y son considerados los más confiables monitores de radiación. Estos dosímetros miden la radiación ionizante a través de una película fotográfica, cuando la radiación choca con la película, la expone y oscurece después de un mes aproximadamente la película es enviada a un laboratorio especializado y por comparación determinan la cantidad de radiación recibida, utilizando un densitómetro. Los dosímetros de películas actuales, además de medir la radiación Gamma y X, también miden la radiación Alfa, Beta y Neutrones, independientemente.

Fig. 45 Los medidores “survey” son diseñados para dar una lectura instantánea de tasa de dosis de exposición en Roetgen o miliroentgen (mR) por hora a cualquier distancia de la fuente. Hay dos tipos de medidores de tasa de exposición o monitores de área: a. Medidor de cámara de ionización. Usa una cámara para recolectar los pares de iones producidos por la radiación ionizante (ionización). La cámara de ionización consiste en dos electrodos separados uno del otro y tienen cargas opuestas. Los iones positivos fluyen hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el electrodo positivo. La cámara de ionización es muy comúnmente usada debido a su amplio intervalo de medida (0 a 50 R/Hr).

45

Fig. 46 b. Contadores Geiger Mueller (G-M). Son usados para medir tasa de dosis de exposición, de muy bajos niveles de radiación. El G-M utiliza un tubo en vez de una cámara ionizante. Es similar en principio y operación a la cámara ionizante, pero es diseñado para amplificar o multiplicar el efecto de los rayos ionizantes mediante la aceleración de los iones primarios originados por la radiación que entra en el tubo. Esta aceleración hace que los iones primarios se conviertan en partículas ionizadas, las cuales causan muchas ionizaciones secundarias. El máximo rango del tubo G-M es de 0 a 1000 mR/Hr. La desventaja más importante del G-M es su alta sensibilidad que podría no reaccionar de una manera normal causando lecturas erróneas. SISTEMA DE ALARMA DE ÁREA. Las cámaras de ionización son generalmente usadas como monitores de área de radiación que al medir emiten una alarma sonora o una luz cuando la cantidad de radiación sobrepasa los límites establecidos de seguridad para el personal. Son muy usadas para áreas de radiación Gamma.

Fig. 47 PROTECCIÓN CONTRA LA RADIACIÓN Las medidas de protección contra la radiación son principalmente diseñadas para mantener los límites de exposición por debajo de las dosis permitidas. La protección es necesaria porque no hay una manera de reparar o retroceder el daño por radiación una vez que esta ha ocurrido. CALCULO DE TASA DE DOSIS

46

La tasa de dosis estándar para varios Isótopos es expresada en Roentgen por hora por Curie y está determinada por una distancia exacta de un pie (R/Hr/Curie a un pie).

Fig. 48 Para el Co – 60 la intensidad a un (1) pie por cada Curie de la fuente es igual a 14,5 R/Hr. ¿Cuál podría ser la intensidad a (1) pie de distancia para una fuente de Co – 60 de un Curie? R= 14, 5 R/Hr. La tasa de exposición producida por los emisores Gamma a la distancia de un (1) pie o de un (1) metro es constante y se llama factor Gamma (γ). TABLA N° 5 Isótopos Cobalto – 60 (Co – 60) Iridio – 192 (Ir – 192) Cesio – 137 (Cs – 137) Tulio – 170 (Tm – 170)

R/Hr x Curie a un pie 14.5 5.9 4.2 0.03

Factor (γ). mR/Hr x Curie a un m 1320 480 330 2.5

Hay 3 medios básicos de protección contra la radiación ionizante: a. Tiempo: controlando la cantidad de tiempo que la persona es expuesta a la radiación. b. Distancia: controlando la distancia entre la fuente radiactiva y la persona. c. Blindaje: interponiendo un material que absorba la radiación entre la fuente radiactiva y la persona. El tiempo se refiere a la duración de la exposición a la radiación. El tiempo de exposición es directamente proporcional al tiempo que tú permanezcas en el área de radiación.

47

Si una persona recibe 10 mR/Hr, y permanece 8 horas en las mismas condiciones habrá recibido 80 mR. DISTANCIA La exposición a la radiación decrece drásticamente a medida que la distancia desde la fuente se incrementa. La ley matemática conocida como la ley de cuadrados inversos establece la relación de distancia al variar la intensidad de la radiación. La ley establece que la intensidad de la radiación varía inversamente con el cuadrado de la distancia desde la fuente. La relación de los inversos cuadrados establece que si se dobla la distancia, recibirás ¼ de la cantidad de radiación.

Fig. 49 Esto demuestra que cada uno de los 16 cuadrados de la segunda serie recibe ¼ de la cantidad que reciben los cuadrados de la primera serie.

Fig. 50 La Ley de los cuadrados inversos es válida a campo abierto, hasta una distancia aproximada de 30m. 2 I1 ( D2 ) = I 2 ( D1 ) 2 I1 = D1= I2 = D2=

Es la intensidad a la distancia D1. Distancia inicial desde la fuente donde I 1 es conocida. Intensidad desconocida a la segunda distancia conocida. Distancia desde la fuente a la cual se desea conocer la intensidad I 2. 48

Fig. 51 La ley de los inversos cuadrados, asume que toda la radiación viaja en línea recta, pero esto no es cierto, la radiación dispersa puede marcar una significante adición al nivel de radiación. BLINDAJE: El material de protección absorbe la energía de la radiación cuando los rayos chocan con los electrones en el material. A mayor espesor y densidad del material es mejor protección contra la radiación. El plomo y concreto a veces combinados son los materiales más comunes usados como protección. Para calcular la protección necesaria para una cierta condición, hay que conocer el término “valor de capa media” (Half Value Layer, H.V.L.) El Half Value Layer (H.V.L.) es un espesor de material que puede reducir la radiación a la mitad del valor inicial. Por cada Isótopo o cantidad de energía de rayos X, hay un valor de capa medio característico de cada material. El valor de capa décimo es otro estándar que puede reducir la radiación que pasa a través del material a un décimo de la intensidad original, es decir, la reduce en un 90%. El valor de capa media y décima varía en espesor dependiendo del tipo de Isótopo o la energía del Rayo X y el tipo de material de protección. El valor de capa media se relaciona con el coeficiente de absorción lineal, así: µ=

Ln2 HVL

µ = Coeficiente de absorción lineal.

De donde:

HVL= Valor de capa media.

La relación entre el valor de capa media (HVL) y valor de capa décima (HVD), viene dada por: HVL =

49

HVD 3.33

Relacionando ambas ecuaciones 1 y 2 podemos decir que:

HVL =

Ln 2

µ HVD HVL = 3.33

Ln 2

µ

=

HVD 3.33

Es decir, HVD =

3.33 xLn 2

µ

=

2.31

HVD =

De donde:

µ

2.31

µ

Relacionando el valor de capa décima con el coeficiente de absorción lineal ( µ ). Como la radiación nunca es totalmente absorbida por la materia, independientemente de la densidad y el espesor, nos indica que la atenuación de los rayos X y Gamma es un proceso exponencial. Relacionando el proceso exponencial con el HVL, tenemos: I1 = I O ∗ e − µ * t

Pero como en la ecuación anterior: µ=

Ln2 HVL

Entonces,

I1 = I o xe

−

Ln 2 *t HVL

IO= Intensidad antes del blindaje (R/Hr o mR/Hr). I1= Intensidad después del blindaje (R/Hr o mR/Hr). HVL = Valor de capa medio del blindaje a ese tipo de radiación (en pulgadas). µ = Coeficiente de absorción Lineal. t= Espesor del blindaje (en pulgadas). TABLA N° 6 Material de Protección (pulg)

Fuente (Radioisotopo) Cobalto–60

Iridio–192

Cesio–137

1/10

1/2

1/10

1/2

1/10

1/2

Plomo

1.62

0.49

0.64

0.19

0.84

0.25

Acero

2.90

0.87

2.0

0.61

2.25

0.68

Concreto o Al

8.6

2.6

6.2

1.9

7.1

2.1

Valor de Capa Medio para un Potencial Tubo de rayos X 50

Material de Protección (pulg)

50 Kvp

70 Kvp

100 Kvp

125 Kvp

150 Kvp

200 Kvp

250 Kvp

300 Kvp

Plomo

0.05

0.18

0.24

0.27

0.3

0.5

0.8

1.5

Concreto

0.2

0.5

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

CONTRASTE RADIOGRÁFICO El contraste es la diferencia entre áreas de diferente densidad en una película radiográfica.

Fig. 52 El contraste es una combinación del contraste del sujeto (objeto) y el contraste de la película. Los factores en el objeto que afectan el contraste se llaman contraste del sujeto y los factores en la película que afectan el contraste se llaman contraste de la película. CONTRASTE DEL SUJETO 51

En radiografía un objeto de espesor y densidad uniforme no tiene contraste, por tanto, el contraste del sujeto es la tasa de intensidades de radiación transmitida por dos partes diferentes del objeto.

Fig. 53 El mejor contraste del sujeto se obtiene utilizando rayos de bajo kilo voltaje que atravesarían el objeto.

A

B Fig. 54 La relación de intensidades que emergen del objeto A es: 1 4 = 16 = 4 1 4 16

Y del objeto B es: 1 2 =4=2 1 2 4

Entonces la mayor diferencia entre las intensidades es la que emerge del objeto A (4), lo cual demuestra que tiene el mayor contraste.

52

Por tal motivo, se deduce que el objeto B (mayor energía de penetración) decrece el contraste del sujeto. Al aumentar o decrecer el poder de penetración, obviamente afecta el contraste del sujeto, pero hay límites donde la energía debe ser controlada. Un contraste muy alto puede resultar impráctico y puede enmascarar algunas discontinuidades que estén en medio de la línea de un cambio de espesor. El Kv seleccionado debe dar una adecuada penetración en el objeto y dar el contraste del sujeto necesario.

Fig. 55

CONTRASTE DE LA PELÍCULA Se define como la habilidad inherente de una película de presentar diferentes densidades por un cambio dado en la exposición de la película. Algunas películas dan más alto contraste que otras. El contraste de la película viene dado por la relación entre la exposición de la película y la densidad resultante. El contraste radiográfico total se define como la combinación del contraste del sujeto y el contaste de la película, y depende de: • • • • • • •

Radiación aplicada Tipo de película Tiempo de exposición Proceso de revelado de la película El objeto Radiación dispersa Tipo de pantalla 53

CURVA H & D (Hurter – Driffield) Es difícil para el ojo humano distinguir entre pequeñas densidades diferentes en una película radiográfica. La curva H & D llamada curva característica demuestra como al incrementar la exposición y densidad también se incrementa el contraste de la película.

Fig. 56 En la curva se observa como la exposición de la película varía de EA a EB debido a un cambio en espesores del objeto, nótese que el resultado del contraste es la diferencia entre D1 y D2 (Densidad). Ahora, si un alto nivel de radiación fue usado tal que la diferencia de espesores ha causado una diferencia en exposición de Ec a Ed (Igual a EA a EB), la diferencia en densidad se incrementa de D3 a D4. La curva característica muestra claramente que la diferencia de densidad entre espesores D3 y D4 es considerablemente mayor que la densidad entre D1 y D2.

54

Fig. 57 El cambio en espesor es el mismo y ambos reciben la misma exposición sobre el mismo tipo de película, sin embargo el de la derecha, podría presentar el mejor contraste. Obviamente la película # 1 recibe menos radiación y va a ser menos densa presentando menor contraste que la película # 2. También se puede relacionar con el HVL, es decir, el objeto de la derecha tiene menos HVL que el objeto de la izquierda, por tanto, deja pasar mayor radiación que expone la película. Es importante recordar el efecto de la baja radiación sobre el aumento de la radiación dispersa. Un bajo nivel de radiación daría un buen contraste y mayor dispersión. La dispersión de la baja energía podría causar borrosidad (penumbra) en la imagen de la película. A expensas de menos contraste con radiación dura, obtenemos menos dispersión y una imagen más nítida (mejor definición) en la película.

LATITUD Está relacionada con el contraste pero en sentido opuesto. La radiografía con el mayor contraste tiene la menor latitud y viceversa. La latitud es el rango de espesores que puede ser adecuadamente registrado sobre la radiografía.

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Fig. 58 DENSIDAD FOTOGRÁFICA Es la medida cuantitativa del nivel de oscurecimiento de la película, matemáticamente se expresa: I D = log I i − log I t D = Log i También: It De donde: D = Densidad de la película Ii = Intensidad luz de incidencia It = Intensidad luz transmitida

PROCESAMIENTO DE LA PELÍCULA La película debe ser procesada en un cuarto oscuro con luz roja (luz infrarroja) o con filtros de luz que produzcan longitudes de onda que no expongan la película. Cuando se diseñan laboratorios deben hacerse pruebas para asegurar que la luz existente no empañe la película. PELÍCULA RADIOGRÁFICA 56

La base de la película es un poliéster transparente o acetato, con una emulsión sensible a ambos lados de la base de acetato.

Fig. 59 La capa externa de la película es una capa de gelatina que protege la emulsión de rayones. La capa de emulsión blanda, donde se forma la imagen, tiene en suspensión granos microscópicos de Bromuro de plata (BrAg). Cuando estos granos se exponen a la luz o radiación se hacen visibles y oscurecen la película formando la imagen “latente”, debido a la ionización de los granos de Bromuro de Plata. La imagen latente es hecha visible al revelar la película, donde los granos de bromuro de plata que fueron ionizados se reducen a plata metálica negra. Cada grano individual que ha sido expuesto ayuda a formar la imagen latente sobre la película. No hay exposición parcial de un grano de plata, cada uno que se ioniza es expuesto completamente. Las áreas de diferente densidad representan la cantidad de granos expuestos en esa área, a mayor cantidad de granos expuestos más oscura será la imagen. La diferencia en películas radiográficas se debe al tamaño de grano microscópico. A mayor tamaño de grano, menor es la agudeza (definición) de la imagen. Los granos grandes exponen más Bromuro de Plata a la radiación, por tal motivo la imagen latente se forma más rápidamente. La película que carece de grano fino (grano grueso) tampoco mostrará los finos detalles. Entonces entre mejor definido sea el detalle más pequeño será el grano de la película. Aunque económicamente es una ventaja tomar exposiciones tan rápido como sea posible, el uso de películas rápidas puede afectar la sensibilidad radiográfica por tener grano grueso. Durante el “procesamiento” manual de la película, los granos que han sido expuestos se tornarán negros y los que no serán removidos de la película (base acetato) durante el “procesamiento” de la película. TANQUE DE PROCESAMIENTO Cuando una exposición radiográfica ha sido hecha, la película es procesada hasta que la imagen latente producida por la radiación sea visible. Hay tres soluciones en el proceso que son usadas en orden hasta convertir una película expuesta en una radiografía: • •

Revelador Baño de Frenado 57

•

Fijador

El revelador es una solución de químicos, donde cada uno de ellos cumple una función vital. Uno de los químicos es un acelerador quien hace la solución alcalina. Estos químicos remueven la capa protectora y absorben la emulsión de tal manera que el agente revelador reaccione con los granos expuestos.

Fig. 60 El otro químico en el revelador es el reductor que puede ser Metol o Hidroquinona. La función de este es reducir los granos de BrAg expuestos a plata metálica negra. La película no se torna completamente negra porque el reductor puede reconocer entre granos expuestos y no expuestos. El tiempo y la temperatura son factores importantes en el proceso de revelado. Normalmente se utiliza una temperatura de 68ºF (20 ºC) y un tiempo de revelado de entre 5 y 8 minutos. Al aumentar la temperatura también aumenta la acción penetrante de las sustancias alcalinas. Una película revelada a 68 ºF (20 ºC) en 6 minutos podría ser más densa que una revelada a 60 ºF en el mismo tiempo. La densidad o grado de oscurecimiento es determinada por la cantidad de granos de BrAg reducida por el revelador. Los químicos (Revelador) puede ser dañado o debilitado dependiendo del uso, temperatura de mantenimiento y tiempo de preparación. BAÑADO DE FRENADO Cuando la película es removida del revelador, unas pequeñas cantidades de solución alcalina quedan remanente sobre la película. El Baño de frenado tiene dos funciones: 1. Para la acción del revelador, neutraliza la solución alcalina. 2. Neutraliza el revelador antes de que la película sea colocada en el fijador, aumentando de esta manera la vida de fijador. El químico usado en el baño de parada es generalmente ácido acético glacial, el cual puede causar severas quemaduras.

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FIJADOR Su función es fijar permanente la imagen sobre la película y eliminar los granos de Bromuro de Plata no expuestos, lo cual da un aspecto lechoso sobre la película. Hay dos períodos separados en el proceso de fijado: 1. Tiempo de aclarado: aquí se remueven todos los granos de Bromuro de plata no expuestos y el aspecto lechoso de la película comienza a aclararse. El tiempo total en el fijador podría ser dos veces el tiempo que toma la película en aclararse. 2. Endurecimiento: el Fijador endurece la emulsión gelatinosa lo cual previene rayones durante el manejo. Después del proceso químico la película se lava y seca adecuadamente.

Fig. 61 Las películas deben manejarse con cuidado y mantenerla limpias (libre de polvo) ya que podrían resultar en indicaciones inherentes o marcas que se podrían confundir con una imperfección. Las indicaciones inherentes pueden ser: marcas de presión, de doblez y marcas estáticas.

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Fig. 62 Las películas deben removerse con cuidado de sus cajas para evitar dobleces, además no se debe colocar objetos pesados o dejarlos caer sobre la película para evitar marcas de presión. Las marcas estáticas son generalmente causadas al remover la película rápidamente de la caja causando electricidad estática. Tanto las fundas como las pantallas de plomo deben estar libres de polvo antes de usarse.

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PANTALLAS, PENETRAMETROS Y FILTROS Hay tres tipos básicos de pantallas radiográficas que nos permiten usar la radiación más efectivamente: a. Pantallas de plomo b. Pantallas Fluorescentes c. Pantallas Fluorometálicas. Las pantallas de plomo consisten en delgadas hojas de plomo (0.005” y 0.010”) generalmente montadas sobre una base de cartón. Las pantallas se colocan al frente (0.005”) y detrás (0.010”) de la película no expuesta. La pantalla frontal tiene dos propósitos importantes: a. Filtrar la radiación de baja energía. b. Incrementar la acción fotográfica sobre la película. La pantalla trasera de la película de mayor espesor (0.010”) absorbe la retrodispersión. Las pantallas frontales de plomo actúan como intensificadoras de la radiación X y Gamma, ya que estos rayos liberan electrones del plomo. (Efecto Compton). Si la pantalla de plomo es colocada lo más cerca posible de la película, los electrones libres la expondrán (ionización) y los rayos se intensificaran efectivamente.

Fig. 63 Las pantallas frontal y trasera contribuyen a la formación de la imagen sobre la película debido al efecto de los electrones dispersos. Si queda cualquier espacio entre la pantalla y la película los electrones se dispersan más fácilmente, produciendo imágenes difusas.

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Fig. 64 Las pantallas de plomo frontales, esencialmente, intensifican la radiación de alta energía y absorben la de baja energía ( 150 Kv). En el primer caso producen imágenes difusas o borrosas con poca definición.

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GRÁFICOS DE EXPOSICIÓN Y EQUIVALENCIA CARTA DE EXPOSICIÓN DE RAYOS X La siguiente carta muestra la relación entre el espesor del material, el kilo voltaje (Kv) y la exposición.

Fig. 77 Cada carta aplica solamente para un conjunto de condiciones: a. b. c. d. e.

Una cierta máquina de rayos X. Una cierta distancia fuente película. Un cierto tipo de película. Condiciones de procesamiento de película especifica. Densidad en que se basa la gráfica.

Para material de aluminio se usará una gráfica como esta: 71

Fig. 78

CARTAS DE EXPOSICIÓN DE RADIACIÓN GAMMA 72

Son más sensibles, ya que la energía del isótopo es la misma, es decir, no puede ser variada como los rayos X.

Fig. 79

73

Fig. 80 El factor de exposición para una fuente de rayos Gamma está definida en términos de la Actividad (A) de la fuente (Curíes), el tiempo (T) de exposición (minutos) y el cuadrado de la distancia (D2) fuente-película (pulga) 2.

( F .E.) Factor exp osición :

AxT Curie − Minutos = 2 D ( pu lg .) 2

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Ej. Si tu tienes una fuente de Ir-192 de 40 Curies y vas a radiografiar un objeto de 2” de espesor con una distancia fuente-película de 20” ¿Cuál será el tiempo de exposición para obtener una densidad de 1.5? EL primer paso es encontrar el factor de exposición (FE.) en la carta:

Este valor en la carta es 0.65 aproximadamente. El segundo paso es encontrar el tiempo de exposición (T), por la fórmula: F .E . =

AxT CuriexMinutos = D2 ( pu lg .) 2

Despejando T, tenemos: T = 0.65 x 400 pulg 2 = 6.5 minutos, es decir, T = 6.5 minutos. 40 Curies La actividad de un isótopo en un día cualquiera, depende de la actividad original y la vida media de este. La manera más simple para determinar la actividad de un isótopo en 75

cualquier momento, es consultando la curva de decaimiento que es suministrada por el fabricante junto con la fuente.

Fig. 82 Según la curva de decaimiento ¿Cual sería la Actividad de la fuente para el día 04/02/2011? Como la carta tiene fecha 30/01/2010 (asumimos) y una actividad de 50 Curies para esa fecha, entonces, al día 04/02/2011 habrán transcurrido 370 días aproximadamente. Según la curva nos da aproximadamente 1.6 Curie. Sin embargo, hay una expresión matemática que nos permite calcular esa actividad cuando no se tiene la tabla o curva de decaimiento, así: A = A0 * e

− Ln 2 *T Vm

A = Actividad al tiempo t (curies) A0 = Actividad inicial (curies) Vm =Vida media del isótopo. T =Tiempo transcurrido. A = 50curiesxe

− Ln 2 x 370 d 75 d

A =1,637curies

A = 50curiesxe

CARTAS DE EQUIVALENCIA 76

−0.693 x 370 d 75 d

A = 50curiesx0.02375

Generalmente las cartas de exposición son hechas para acero o aluminio, lo cual ocasiona un problema cuando se requiere radiografiar otros materiales. Por tal motivo se han elaborado cartas con factores de multiplicación para convertir al material estándar y poder de esta manera entrar en las curvas. TABLA N° 8

Magnesio Aluminio Titanio Acero Cobre Zinc Bronce Plomo

50 0.6 1.0

100 0.6 1.0 8.0 12.0 18.0

150 0.06 0.12 0.63 1.0 1.6 1.4 1.4 14.0

Rayos X (Kv) 220 400 1000 0.08 0.18 0.71 0.71 0.9 1.0 1.0 1.0 1.4 1.4 1.1 1.3 1.3 1.1 1.3 1.3 1.2 12.0 5.0

2000 0.9 1.0 1.1 1.0 1.2 2.5

Rayos Gamma Ir -192 Ce-137 Co-60 0.22 0.22 0.22 0.34 0.34 0.34 0.9 0.9 0.9 1.0 1.0 1.0 1.1 1.1 1.1 1.1 1.0 1.0 1.1 1.1 1.0 4.0 3.2 2.3

Nótese que el material estándar de 50 a 100 Kv. de exposición es aluminio con factor de 1. Para alto voltaje en isótopos, el material estándar es acero con factor de 1. Si tu deseas radiografiar 0.5” de espesor de Cobre a 220 Kv., usando una carta de exposición de acero ¿Cuál podría ser el espesor equivalente en acero, para poder entrar en la tabla? Según la tabla 220 Kv. para Cobre da un factor de 1.4, luego multiplicamos este factor por el espesor de Cobre así: 1.4 x 0.5 pulga. = 0.7 pulgadas de acero Ej. Se requiere saber el tiempo de exposición para una barra de Bronce de 1” de diámetro, usando una fuente de Ir-192 de 40 Curies y una carta de exposición de acero con una densidad de 3 y una distancia fuente-película de 20 pulga. 1. Calculamos el espesor equivalente, con la tabla. 2. Calculamos el FE. para 1.1” de acero que equivale a 1” de Bronce, para una densidad = 3. Según la tabla tenemos: FE. = 0.33 3. Ahora calculamos el tiempo de exposición según la fórmula: T =

0.33 x (20 pu lg) 2 0.33 x 400 pu lg 2 F .ExD 2 T = = = 3,3 min T = 3.3 min A 40curies 40curies

DISTANCIA FUENTE-PELÍCULA

La distancia fuente-película es un factor importante en el control de la agudeza geométrica de una radiografía. La cantidad de agudeza geométrica (Ug) puede ser controlada por tres factores: 77

a. Distancia fuente-objeto (d) b. Espesor del objeto o distancia del lado de la fuente del objeto a la película (T). c. Tamaño de la fuente (F) Ug =

FxT d

Esta demostrado que el ojo humano es capaz de distinguir entre una separación de 0.5 mm (0.02”). Cualquier agudeza geométrica mayor de 0.02” puede aparecer borrosa la imagen de cualquier indicación. Una correcta distancia fuente-película podría ser calculada así:

FxT Ug = Ug = 0.02" d

d =

Fxt Ug ;

D=

FxT +T 0.02

La selección de una técnica radiográfica depende de cuatro factores: Mínima distorsión de la imagen Definición: la imagen debe ser bien definida. Alto contraste: poder definir bien las áreas de diferente densidad. Densidad adecuada de la película: esta no puede ser ni muy blanca, ni muy oscura.

El Kv. recomendado o la energía Gamma requerida para penetrar un objeto de espesor conocido viene dado por la siguiente gráfica .

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Fig. 83

GENERACIÓN DE RAYOS X

79

EQUIPO DE RAYOS X Para generar rayos X se necesita lo siguiente: 1.Tener una fuente de electrones. 2.Tener una manera de acelerar los electrones a alta velocidad. 3.Tener un medio para recibir el impacto de los electrones. Los rayos X se generan cuando un haz de electrones libres a alta velocidad choca con los electrones orbitales o núcleo del átomo, transmitiendo alguna de su energía durante la interacción. A mayor velocidad de los electrones, mayor también será la energía de los rayos X que se producen.

Fig. 84 Al calentar el filamento sirve como fuente de electrones y al colocar una alta carga positiva en el ánodo, los electrones viajarán a mayor velocidad. Una pared (objetivo) especial, generalmente de Tungsteno, es colocada en el ánodo para recibir el impacto de los electrones. El tubo consiste de una envoltura de vidrio hermética donde hay un alto vacío. TIPOS DE RAYOS X a. Rayos X característicos: tienen poca energía y son una fuente no deseada de radiación dispersa. b. Rayo X continuo: son los de mayor energía producida por el proceso Bremsstrahlung, cuando el núcleo del átomo repele inmediatamente la energía del electrón en forma de rayo X de alta energía. La energía de un rayo X continuo está relacionado con el voltaje impreso al tubo de rayos catódicos. La intensidad (N° de rayos) de un rayos X depende del amperaje suministrado al equipo. 80

La generación de rayos X es un proceso muy deficiente y solamente una fracción de los electrones (0.1%) que chocan con el objetivo producen rayos X, el resto (99.9%) de la energía se transforma en calor en el “target”, el cual está provisto de un sistema de enfriamiento. La agudeza de la imagen de una película radiográfica esta determinada por el tamaño de la fuente de radiación o tamaño focal.

Fig. 85 El tamaño focal está limitado por el calor generado en el objetivo o pared (target). Los Rayos X pueden ser generados en cualquier dirección por la posición del objetivo (pared) en el ánodo y la colocación de protección de plomo cerca del tubo.

Fig. 86 Un panel de control de rayos X consiste de: a. Un control para medir la corriente en el filamento (miliamperios) b. Un control para medir el alto voltaje (Kv) c. Un temporizador de exposición (minutos) 81

d. Un interruptor de apagado y encendido: controla la aplicación de poder a la unidad. e. Una lámpara indicadora: indica cuando el equipo esta encendido (energizado) o produciendo rayos X. Para ser más efectiva una unidad de rayos X para producir rayos de mayor energía, se han diseñado algunos equipos especiales que ayudan a este propósito, como son: a. Acelerador de electrones: usa una inducción magnética, también conocida como acelerador Betatrón. Una vez que son inyectados los electrones dentro del tubo, son obligados a girar alrededor de este por un campo magnético. b. Acelerador lineal: usa una onda de alta frecuencia la cual guía los electrones acelerados hacia el objetivo (target). El rango de energía (5 Mev a 25 Mev) puede penetrar más 16” de acero.

TÉCNICAS RADIOGRÁFICAS Para seleccionar una técnica radiográfica debemos tener en cuenta (4) factores muy importantes: 1. La distorsión de la imagen: la posición y geometría del objeto deben ser considerados. 2. La definición: son muchos los factores que intervienen en la obtención de una buena definición, como son: la radiación, la película, el contraste, etc. 3. Contraste: es importante que los diferentes espesores del objeto y las discontinuidades contrasten en zonas de diferente densidad en la película, para poder hacer una buena evaluación radiográfica. 4. Densidad adecuada: también tiene que ver con el tiempo de exposición y la actividad de la fuente. Si la densidad en la película es alta no hay transmisión de luz del lado opuesto de esta, si es muy baja no habrá contraste y no se podrán evaluar las discontinuidades. Algunas normas establecen que la densidad (d) para una película radiográfica debe estar entre 2 y 4 d (ASME), para API-1104 se considera 1.5 y 4.2 d. Algunas normas específicas que establecen técnicas adecuadas son: a. Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. (ASME) b. Sociedad Americana de Ensayos de Materiales. (ASTM) 82

c. Instituto Americano de Estándar Nacionales. (ANSI). d. Instituto Americano del Petróleo. (API) e. Sociedad Americana de Soldadura. (AWS).

PENE

ARREGLO: FUENTE – SOLDADURA - PELICULA

TRAM

VISTA FRONTAL

VISTA LATERAL

83

LOCALIZACIÓN

ETRO SELECCIÓN

RADIOGRAFICAVISTA

DE EXPOSICIÓNTÉCNICA

EXTERIORDIÁMETRO

I QI

LUGAR DE COLOCACIÓN de las marcas

A continuación mostraremos algunas técnicas radiográficas establecidas por el ASME: Técnicas Radiográficas de Pared Sencilla

PARED SENCILLA

T-276

T-271.1 PARED CUALQUIERA Panorámica SENCILLA

y TABLA

s

T-276

LADO FUENTE T-277.1(a)

LOCALIZACIÓN DE LAS MARCAS Y PENETRÁMETROS RECOMENDADAS PARA LA INSPECCIÓN DE ALGUNAS TÉCNICAS RADIOGRÁFICAS SEGÚN ASTM Fig. 90

84

TÉCNICA PARED SENCILLA, IMAGEN SENCILLA Fig. 91

85

TÉCNICA PARED SENCILLA, IMAGEN SENCILLA Fig. 92

86

TÉCNICAS DOBLE PARED, IMAGEN SENCILLA PARA UNIONES DE BRIDAS A TUBERÍAS Fig. 93

87

TÉCNICAS RECOMENDADAS PARA INSPECCIÓN RADIOGRÁFICA EN VARIAS JUNTAS DE SOLDADURAS DE FILETE Fig. 94

88

DISCONTINUIDADES Y SU ORIGEN. Las discontinuidades que pueden ser evaluadas por el método radiográfico pueden dividirse en tres categorías generales: 1. Discontinuidades Inherentes: Se forman cuando el metal es fundido y vaciado. Se forman algunas discontinuidades durante la solidificación. 2. Discontinuidades de Proceso: Son relativas a los procesos de fabricación tales como: Mecanizado, forjado, extruido, rolado, laminado, soldado, tratamiento térmico y planchado. 3. Discontinuidades de servicio: Son relativas a las condiciones de servicio tales como: Tensión corrosión fatiga, erosión, compresión. DIFERENCIA ENTRE INDICACIÓN, DISCONTINUIDAD Y DEFECTO a. Indicación: es una señal sobre la película, ésta puede ser falsa o verdadera, para propósitos prácticos, podemos decir, que es falsa cuando no pertenece al objeto sino a la película y es verdadera cuando si pertenece al objeto. b. Discontinuidad: es una interrupción en la estructura sólida del metal, puede ser interna o externa. c. Defecto: es una discontinuidad que afecta el servicio de un material de acuerdo a la norma aplicable y debe ser identificado, evaluado y reparado. A.- Discontinuidades Inherentes: de fundición. a. Inclusiones no metálicas (escoria, óxido, etc.). b. Poros: humedad del molde (arena), metal frío. c. Rechupe: causado por alta temperatura, mala composición química, solidificación no dirigida, mala alimentación. d. Segregaciones: la distribución de los elementos no es uniforme. e. Grietas en caliente. B.- Discontinuidades de Proceso: De Rolado y Formado (laminado): a. Laminaciones b. Pliegues De Soldadura: c. Grietas: Tipo estrella, longitudinal, transversal. d. Poros. e. Inclusiones de escoria de Tungsteno. f. Falta de: Penetración y Fusión. g. Socavaciones. De Esmerilado: h. Grietas de esmerilado por exceso de temperatura. De Tratamiento Térmico: 89

i. Grietas: debido a las tensiones por diferencia térmica. De Forjado: j. Pliegues de Forja k. Grieta de Forja. C.- Discontinuidades de Servicio: Grietas por fatiga.

BIBLIOGRAFÍA 1. CONTINUING EDUCATION IN NONDESTRUCTIVE TESTING(ASNT) METHOD RADIOGRAPHY NDT TRAINING PROGRAM AUTOR: GEORGE L. PHERIGO Director de Educación en ASNT. 2. NONDESTRUCTIVE TESTING HANDBOOK RADIOGRAPHY Volumen 8. 3. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEER ASME – Sección V.

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