La radiografía industrial es una modalidad de prueba no destructiva que utiliza radiación ionizante para inspeccionar materiales y componentes con el objetivo de localizar y cuantificar defectos y degradación en las propiedades de los materiales que conducirían a la falla de estructuras de ingeniería. Desempeña un papel importante en la ciencia y la tecnología necesarias para garantizar la calidad y confiabilidad del producto. En Australia, las pruebas radiográficas industriales no destructivas se denominan coloquialmente "bombardear" un componente con una "bomba".
La radiografía industrial utiliza rayos X , producidos con generadores de rayos X , o rayos gamma generados por la radiactividad natural de fuentes de radionucleidos selladas . También se pueden utilizar neutrones. Después de cruzar la muestra, los fotones son capturados por un detector , como una película de haluro de plata, una placa de fósforo , un detector de panel plano o un detector de CdTe . El examen se puede realizar en 2D estático (llamado radiografía ), en 2D en tiempo real ( fluoroscopia ) o en 3D después de la reconstrucción de la imagen ( tomografía computarizada o TC). También es posible realizar tomografías casi en tiempo real ( tomografía computarizada de 4 dimensiones o 4DCT). Técnicas particulares como la fluorescencia de rayos X ( XRF ), la difractometría de rayos X ( XRD ) y varias otras completan la gama de herramientas que se pueden utilizar en la radiografía industrial.
Las técnicas de inspección pueden ser portátiles o estacionarias. La radiografía industrial se utiliza en soldadura , inspección de piezas fundidas o compuestas , en inspección de alimentos y control de equipaje, en clasificación y reciclaje, en análisis EOD e IED , mantenimiento de aeronaves , balística , inspección de turbinas , en caracterización de superficies, medición de espesor de recubrimientos, en falsificación. fiscalización de drogas , etcétera.
La radiografía comenzó en 1895 con el descubrimiento de los rayos X (más tarde también llamados rayos Röntgen en honor al hombre que describió por primera vez en detalle sus propiedades), un tipo de radiación electromagnética . Poco después del descubrimiento de los rayos X, se descubrió la radiactividad . Utilizando fuentes radiactivas como el radio , se podrían obtener energías fotónicas mucho mayores que las de los generadores de rayos X normales . Pronto encontraron varias aplicaciones, siendo uno de los primeros usuarios Loughborough College . [1] Los rayos X y los rayos gamma se utilizaron muy temprano, antes de que se descubrieran los peligros de las radiaciones ionizantes. Después de la Segunda Guerra Mundial, nuevos isótopos como el cesio-137 , el iridio-192 y el cobalto-60 estuvieron disponibles para la radiografía industrial, y el uso de radio y radón disminuyó.
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Las fuentes de radiación gamma , [2] más comúnmente iridio-192 y cobalto-60, se utilizan para inspeccionar una variedad de materiales. La gran mayoría de la radiografía se refiere a las pruebas y clasificación de soldaduras en tuberías, recipientes a presión, contenedores de almacenamiento de alta capacidad, tuberías y algunas soldaduras estructurales. Otros materiales probados incluyen concreto (localización de barras de refuerzo o conductos), cupones de prueba de soldador, piezas mecanizadas, placas de metal o paredes de tuberías (localización de anomalías debidas a corrosión o daños mecánicos). También se prueban periódicamente componentes no metálicos, como las cerámicas utilizadas en la industria aeroespacial. Teóricamente, los radiólogos industriales podrían radiografiar cualquier material sólido y plano (paredes, techos, suelos, contenedores cuadrados o rectangulares) o cualquier objeto cilíndrico o esférico hueco.
El haz de radiación debe dirigirse al centro de la sección bajo examen y debe ser normal a la superficie del material en ese punto, excepto en técnicas especiales donde los defectos conocidos se revelan mejor mediante una alineación diferente del haz. La longitud de la soldadura bajo examen para cada exposición será tal que el espesor del material en las extremidades de diagnóstico, medido en la dirección del haz incidente, no exceda el espesor real en ese punto en más del 6%. La muestra a inspeccionar se coloca entre la fuente de radiación y el dispositivo de detección, generalmente la película en un soporte o casete hermético a la luz, y se deja que la radiación penetre en la pieza durante el tiempo necesario para que se registre adecuadamente.
El resultado es una proyección bidimensional de la pieza sobre la película, produciendo una imagen latente de diferentes densidades según la cantidad de radiación que llega a cada zona. Se conoce como radiografía, a diferencia de una fotografía producida por la luz. Debido a que la película tiene una respuesta acumulativa (la exposición aumenta a medida que absorbe más radiación), se puede detectar una radiación relativamente débil prolongando la exposición hasta que la película pueda registrar una imagen que será visible después del revelado. La radiografía se examina como negativa , sin imprimirla como positiva como en la fotografía. Esto se debe a que, al imprimir, siempre se pierden algunos detalles y no se cumple ningún propósito útil.
Antes de comenzar un examen radiográfico, siempre es aconsejable examinar el componente con los propios ojos para eliminar posibles defectos externos. Si la superficie de una soldadura es demasiado irregular, puede ser conveniente esmerilarla para obtener un acabado liso, pero es probable que esto se limite a aquellos casos en los que las irregularidades de la superficie (que serán visibles en la radiografía) pueden hacer que la superficie de la soldadura sea demasiado irregular. Es difícil detectar defectos internos.
Después de este examen visual, el operador tendrá una idea clara de las posibilidades de acceso a las dos caras de la soldadura, lo que es importante tanto para la instalación del equipo como para la elección de la técnica más adecuada.
Defectos como delaminaciones y grietas planas son difíciles de detectar mediante radiografía, especialmente para el ojo inexperto.
Sin pasar por alto los aspectos negativos de la inspección radiográfica, la radiografía tiene muchos beneficios significativos sobre los ultrasonidos, particularmente en la medida en que se produce una "imagen" manteniendo un registro semipermanente del ciclo de vida de la película, se puede realizar una identificación más precisa del defecto. y por más intérpretes. Muy importante ya que la mayoría de las normas de construcción permiten cierto nivel de aceptación de defectos, dependiendo del tipo y tamaño del defecto.
Para el radiólogo capacitado, las variaciones sutiles en la densidad de la película visible brindan al técnico la capacidad no solo de localizar con precisión un defecto, sino también de identificar su tipo, tamaño y ubicación; una interpretación que otros pueden revisar y confirmar físicamente, eliminando posiblemente la necesidad de reparaciones costosas e innecesarias.
Para fines de inspección, incluida la inspección de soldaduras , existen varias disposiciones de exposición.
En primer lugar, está la panorámica, una de las cuatro disposiciones de exposición/vista de pared única (SWE/SWV). Esta exposición se crea cuando el radiógrafo coloca la fuente de radiación en el centro de una esfera, cono o cilindro (incluidos tanques, recipientes y tuberías). Dependiendo de los requisitos del cliente, el radiólogo colocaría casetes de película en el exterior de la superficie a examinar. Esta disposición de exposición es casi ideal: cuando se organiza y expone correctamente, todas las partes de toda la película expuesta tendrán la misma densidad aproximada. También tiene la ventaja de tomar menos tiempo que otras disposiciones ya que la fuente solo debe penetrar el espesor total de la pared (WT) una vez y solo debe recorrer el radio del elemento de inspección, no su diámetro completo. La principal desventaja de la panorámica es que puede resultar poco práctico llegar al centro del elemento (tubería cerrada) o la fuente puede ser demasiado débil para funcionar en esta disposición (recipientes o tanques grandes).
La segunda disposición SWE/SWV es una colocación interior de la fuente en un elemento de inspección cerrado sin tener la fuente centrada. La fuente no entra en contacto directo con el artículo, sino que se sitúa a cierta distancia, según las necesidades del cliente. La tercera es una colocación exterior de similares características. El cuarto está reservado para objetos planos, como placas de metal, y también se radiografia sin que la fuente entre en contacto directo con el objeto. En cada caso, la película radiográfica está situada en el lado opuesto del elemento de inspección desde la fuente. En los cuatro casos, sólo una pared está expuesta y sólo una pared se ve en la radiografía.
De las otras disposiciones de exposición, sólo el disparo de contacto tiene la fuente situada en el elemento de inspección. Este tipo de radiografía expone ambas paredes, pero sólo resuelve la imagen en la pared más cercana a la película. Esta disposición de exposición lleva más tiempo que una panorámica, ya que la fuente primero debe penetrar el WT dos veces y recorrer todo el diámetro exterior de la tubería o recipiente para llegar a la película en el lado opuesto. Esta es una disposición DWE/SWV de exposición de pared doble/vista de pared simple. Otra es la superposición (en la que la fuente se coloca en un lado del artículo, sin estar en contacto directo con él, con la película en el lado opuesto). Esta disposición suele reservarse para tuberías o piezas de diámetro muy pequeño. La última disposición de exposición DWE/SWV es la elíptica, en la que la fuente está desplazada del plano del elemento de inspección (generalmente una soldadura en una tubería) y la imagen elíptica de la soldadura más alejada de la fuente se proyecta sobre la película.
Tanto el equipaje facturado como el de mano se examinan normalmente mediante máquinas de rayos X mediante radiografía. Consulte seguridad del aeropuerto para obtener más detalles.
La radiografía gamma y la radiografía de rayos X de alta energía se utilizan actualmente para escanear contenedores de carga intermodal en EE. UU. y otros países. También se están realizando investigaciones para adaptar otros tipos de radiografía, como la radiografía de rayos X de energía dual o la radiografía de muones, para escanear contenedores de carga intermodal .
La artista estadounidense Kathleen Gilje ha pintado copias de Susana y los ancianos de Artemisia Gentileschi y La mujer con un loro de Gustave Courbet . Antes, pintaba en blanco plomo cuadros similares con diferencias: Susanna lucha contra la intrusión de los mayores; [3] hay un Courbet desnudo más allá de la mujer que pinta. [4] Luego pintó sobre reproduciendo el original. Las pinturas de Gilje se exhiben con radiografías que muestran las pinturas de fondo, simulando el estudio de pentimentos y brindando un comentario sobre la obra de los antiguos maestros.
Existen muchos tipos de fuentes de radiación ionizante para su uso en radiografía industrial.
Los generadores de rayos X producen rayos X aplicando un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo de un tubo de rayos X y calentando el filamento del tubo para iniciar la emisión de electrones. A continuación, los electrones se aceleran en el potencial eléctrico resultante y chocan con el ánodo, que normalmente está hecho de tungsteno . [5]
Los rayos X que emite este generador se dirigen hacia el objeto a controlar. Lo atraviesan y son absorbidos según el coeficiente de atenuación del material del objeto . [6] El coeficiente de atenuación se compila a partir de todas las secciones transversales de las interacciones que ocurren en el material. Las tres interacciones inelásticas más importantes con los rayos X en esos niveles de energía son el efecto fotoeléctrico , la dispersión Compton y la producción de pares . [7] Después de haber atravesado el objeto, los fotones son capturados por un detector , como una película de haluro de plata, una placa de fósforo o un detector de panel plano . [8] Cuando un objeto es demasiado grueso, demasiado denso o su número atómico efectivo es demasiado alto, se puede utilizar un linac . Funcionan de manera similar para producir rayos X, mediante colisiones de electrones sobre un ánodo metálico, la diferencia es que utilizan un método mucho más complejo para acelerarlos. [9]
Los radionucleidos se utilizan a menudo en radiografía industrial. Tienen la ventaja de que no necesitan suministro de electricidad para funcionar, pero eso también significa que no se pueden apagar. Los dos radionucleidos más comunes utilizados en radiografía industrial son el iridio-192 y el cobalto-60 . Pero otros también se utilizan en la industria general. [10]
Estos isótopos emiten radiación en un conjunto discreto de energías, dependiendo del mecanismo de desintegración que ocurre en el núcleo atómico . Cada energía tendrá diferentes intensidades dependiendo de la probabilidad de una interacción de desintegración particular. Las energías más destacadas del cobalto-60 son 1,33 y 1,17 MeV, y 0,31, 0,47 y 0,60 MeV para el iridio-192. [11] Desde el punto de vista de la seguridad radiológica , esto los hace más difíciles de manejar y gestionar. Siempre deben estar encerrados en un contenedor blindado y, debido a que siguen siendo radiactivos después de su ciclo de vida normal, su propiedad a menudo requiere una licencia y, por lo general, un organismo gubernamental los rastrea. De ser así, su disposición debe hacerse de acuerdo con las políticas nacionales. [12] [13] [14] Los radionucleidos utilizados en radiografía industrial se eligen por su alta actividad específica . Esta alta actividad significa que sólo se requiere una pequeña muestra para obtener un buen flujo de radiación. Sin embargo, una mayor actividad a menudo significa una dosis más alta en caso de exposición accidental. [15]
Se han desarrollado una serie de diseños diferentes para "cámaras" radiográficas. En lugar de que la "cámara" sea un dispositivo que acepta fotones para registrar una imagen, la "cámara" en radiografía industrial es la fuente de fotones radiactivos. La mayoría de las industrias están pasando de la radiografía basada en películas a una radiografía basada en sensores digitales de la misma manera que la fotografía tradicional ha dado este paso. [16] Dado que la cantidad de radiación que emerge del lado opuesto del material se puede detectar y medir, las variaciones en esta cantidad (o intensidad) de radiación se utilizan para determinar el espesor o la composición del material.
Un diseño utiliza un obturador móvil para exponer la fuente. La fuente radiactiva se coloca dentro de una caja blindada; una bisagra permite abrir parte del blindaje, exponiendo la fuente y permitiendo que los fotones salgan de la cámara de radiografía.
Otro diseño de obturador es donde la fuente se coloca en una rueda de metal, que puede girar dentro de la cámara para moverse entre las posiciones de exposición y almacenamiento.
Los dispositivos con obturador requieren que todo el dispositivo, incluido el blindaje pesado, esté ubicado en el lugar de exposición. Esto puede resultar difícil o imposible, por lo que han sido sustituidos en gran medida por proyectores accionados por cable.
Los diseños de proyectores modernos utilizan un mecanismo de accionamiento por cable para mover la fuente a lo largo de un tubo guía hueco hasta el lugar de exposición. La fuente se almacena en un bloque de blindaje que tiene un orificio en forma de tubo en forma de S que atraviesa el bloque. En la posición segura la fuente está en el centro del bloque. La fuente está conectada a un cable metálico flexible llamado pigtail. Para utilizar la fuente, se conecta un tubo guía a un lado del dispositivo mientras que se conecta un cable de transmisión al pigtail. Luego, utilizando un control manual, se empuja la fuente fuera del protector y a lo largo del tubo guía de la fuente hasta la punta del tubo para exponer la película, luego se vuelve a colocar en su posición completamente protegida.
En algunos casos raros, la radiografía se realiza con neutrones . Este tipo de radiografía se llama radiografía de neutrones (NR, Nray, N-ray) o imágenes de neutrones . La radiografía de neutrones proporciona imágenes diferentes a las de los rayos X, porque los neutrones pueden pasar con facilidad a través del plomo y el acero, pero los plásticos, el agua y los aceites los detienen. Las fuentes de neutrones incluyen fuentes radiactivas ( 241 Am/Be y Cf), reacciones DT impulsadas eléctricamente en tubos de vacío y reactores nucleares críticos convencionales. Podría ser posible utilizar un amplificador de neutrones para aumentar el flujo de neutrones. [17]
La seguridad radiológica es una parte muy importante de la radiografía industrial. La Agencia Internacional de Energía Atómica ha publicado un informe que describe las mejores prácticas para reducir la cantidad de dosis de radiación a la que están expuestos los trabajadores. [18] [19] También proporciona una lista de autoridades nacionales competentes responsables de las aprobaciones y autorizaciones relativas al manejo de materiales radiactivos. [20]
Se puede utilizar blindaje para proteger al usuario de las propiedades nocivas de la radiación ionizante. El tipo de material utilizado para el blindaje depende del tipo de radiación que se utilice. Las autoridades nacionales de seguridad radiológica suelen regular el diseño, puesta en servicio, mantenimiento e inspección de las instalaciones de Radiografía Industrial. [21]
En muchos lugares, las autoridades gubernamentales exigen que los radiógrafos industriales utilicen ciertos tipos de equipos de seguridad y trabajen en parejas. Dependiendo de la ubicación, es posible que se haya requerido que los radiógrafos industriales obtengan permisos, licencias y/o realicen una capacitación especial. Antes de realizar cualquier prueba, siempre se debe limpiar el área cercana de todas las demás personas y se deben tomar medidas para garantizar que los trabajadores no entren accidentalmente en un área que pueda exponerlos a niveles peligrosos de radiación.
El equipo de seguridad generalmente incluye cuatro elementos básicos: un medidor de radiación (como un contador Geiger/Mueller), un dosímetro o medidor de tasa de alarma, un dosímetro cargado de gas y una placa de película o dosímetro termoluminiscente (TLD). La forma más sencilla de recordar qué hace cada uno de estos elementos es compararlos con los indicadores de un automóvil.
El medidor de medición podría compararse con el velocímetro, ya que mide la velocidad a la que se capta la radiación. Cuando se calibra, utiliza y mantiene adecuadamente, permite al radiógrafo ver la exposición actual a la radiación en el medidor. Por lo general, se puede configurar para diferentes intensidades y se utiliza para evitar que el radiólogo se sobreexponga a la fuente radiactiva, así como para verificar el límite que los radiógrafos deben mantener alrededor de la fuente expuesta durante las operaciones radiográficas.
El dosímetro alarmante podría compararse más estrechamente con el tacómetro, ya que emite una alarma cuando el radiólogo "marca en rojo" o está expuesto a demasiada radiación. Cuando está correctamente calibrado, activado y usado por el radiólogo, emitirá una alarma cuando el medidor mida un nivel de radiación que exceda un umbral preestablecido. Este dispositivo está diseñado para evitar que el radiógrafo se acerque inadvertidamente a una fuente expuesta.
El dosímetro cargado de gas es como un cuentakilómetros parcial en el sentido de que mide la radiación total recibida, pero se puede restablecer. Está diseñado para ayudar al radiólogo a medir su dosis periódica total de radiación. Cuando está correctamente calibrado, recargado y usado por el radiólogo, puede indicarle de un vistazo cuánta radiación ha estado expuesto el dispositivo desde la última vez que se recargó. En muchos estados, los radiólogos deben registrar sus exposiciones a la radiación y generar un informe de exposición. En muchos países, los radiólogos no exigen el uso de dosímetros personales, ya que las tasas de dosis que muestran no siempre se registran correctamente.
La insignia de película o TLD se parece más al odómetro de un automóvil. En realidad, es una pieza especializada de película radiográfica en un contenedor resistente. Está destinado a medir la exposición total del radiólogo a lo largo del tiempo (generalmente un mes) y lo utilizan las autoridades reguladoras para monitorear la exposición total de los radiógrafos certificados en una determinada jurisdicción. Al final del mes, la credencial de la película se entrega y se procesa. Se genera un informe de la dosis total del radiógrafo y se mantiene en el archivo.
Cuando estos dispositivos de seguridad se calibran, mantienen y utilizan adecuadamente, es prácticamente imposible que un radiólogo resulte lesionado por una sobreexposición radiactiva. La eliminación de tan solo uno de estos dispositivos puede poner en peligro la seguridad del radiólogo y de todos aquellos que se encuentran cerca. Sin el medidor de medición, la radiación recibida puede estar justo por debajo del umbral de la alarma de frecuencia, y pueden pasar varias horas antes de que el radiólogo revise el dosímetro, y hasta un mes o más antes de que se revele la placa de película para detectar una baja intensidad. sobreexposición. Sin la alarma de frecuencia, un radiólogo puede acercarse sin darse cuenta a la fuente expuesta por el otro radiólogo. Sin el dosímetro, el radiólogo puede no darse cuenta de una sobreexposición, o incluso de una quemadura por radiación, que puede tardar semanas en provocar una lesión perceptible. Y sin la placa de película, el radiólogo se ve privado de una herramienta importante diseñada para protegerlo de los efectos de una sobreexposición prolongada a la radiación obtenida en el trabajo y, por lo tanto, puede sufrir problemas de salud a largo plazo como resultado.
Hay tres formas en que un radiógrafo puede asegurarse de no estar expuesto a niveles de radiación superiores a los requeridos: tiempo, distancia y protección. Cuanto menos tiempo esté expuesta una persona a la radiación, menor será su dosis. Cuanto más alejada está una persona de una fuente radiactiva, menor es el nivel de radiación que recibe, esto se debe en gran medida a la ley del cuadrado inverso. Por último, cuanto más protegida esté una fuente radiactiva mediante mejores o mayores cantidades de blindaje, menores serán los niveles de radiación que escaparán del área de prueba. Los materiales de protección más utilizados son arena, plomo (láminas o perdigones), acero, tungsteno gastado (uranio no radiactivo) y, en situaciones adecuadas, agua.
La radiografía industrial parece tener uno de los peores perfiles de seguridad de las profesiones relacionadas con la radiación, posiblemente porque hay muchos operadores que utilizan fuentes gamma potentes (> 2 Ci) en sitios remotos con poca supervisión en comparación con los trabajadores de la industria nuclear o de los hospitales. [22] Debido a los niveles de radiación presentes mientras trabajan, muchos radiólogos también deben trabajar hasta altas horas de la noche, cuando hay pocas personas presentes, ya que la mayor parte de la radiografía industrial se lleva a cabo "al aire libre" en lugar de en cabinas de exposición especialmente diseñadas. o habitaciones. La fatiga, el descuido y la falta de formación adecuada son los tres factores más comunes atribuidos a los accidentes de radiografía industrial. Muchos de los accidentes de "fuente perdida" comentados por la Agencia Internacional de Energía Atómica involucran equipos de radiografía. Los accidentes con fuentes perdidas tienen el potencial de causar una pérdida considerable de vidas humanas. Un escenario es que un transeúnte encuentre la fuente de radiografía y, sin saber qué es, se la lleve a casa. [23] La persona poco después enferma y muere como resultado de la dosis de radiación. La fuente permanece en su casa, donde continúa irradiando a otros miembros del hogar. [24] Tal suceso ocurrió en marzo de 1984 en Casablanca , Marruecos . Esto está relacionado con el accidente más famoso de Goiânia , donde una cadena de acontecimientos relacionados provocó que el público quedara expuesto a fuentes de radiación.
