Curso de Radiografía

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Radiografía Industrial Preparado por; Alejandro García Pacheco 1 INTRODUCCION En la actualidad, debido al alto costo y complejidad en los procesos de producción de equipos y artículos destinados a dar un servicio confiable, es un requisito indispensable que éstos cumplan con lar normas de calidad establecidas para tal fin. Al respecto, para la examinación de equipos y artículos, se ha extendido el uso de los Ensayos No Destructivos. El caso de la radiografía industrial, como prueba no destructiva, es muy interesante, pues permite asegurar la integridad y confiabilidad de un producto; además, proporciona información para el desarrollo de mejores técnicas de producción y para el perfeccionamiento de un producto en particular. Este método emplea radiación de alta energía, capaz de penetrar materiales sólidos; con lo que se logra conocer la condición interna de estos. Por lo anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas en una amplia variedad de materiales. Dentro de los END, la radiografía es uno de los métodos más antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizan nuevos desarrollos que modifican las técnicas radiográficas aplicadas al estudio no sólo de materiales, sino también de partes y componentes; todo esto con el fin de hacer más confiables los resultados durante la aplicación de esta técnica. En el presente texto, se analizarán los principales factores que influyen en el proceso radiográfico, de tal manera que sea posible seleccionar la modalidad más adecuada a las condiciones particulares de trabajo. Breve historia de la Inspección Radiográfica Los Rayos X fueron descubiertos en 1895 por el físico alemán Roentgen, quien les dio este nombre debido a que en ese entonces se ignoraba todo sobre su naturaleza. Roentgen tuvo la suficiente visión para darse cuenta de que la radiografía podía emplearse con fines industriales o de investigación y se puede afirmar que él fue el primer radiólogo industrial, puesto que realizó investigaciones sobre el comportamiento de ciertos materiales y de armamentos de reciente creación. Por otra parte, durante ese mismo año, el físico francés Henri Becquerel estudiaba la fluorescencia de los compuestos de Uranio; y al realizar varios experimentos colocando cristales de Sulfato de Potasio y Uranio sobre una placa fotográfica envuelta con papel negro, observó que al exponerlos a la luz solar, la parte de la placa que se encontraba en contacto con los cristales se oscurecía. Como consecuencia de estos experimentos, Becquerel formuló su primera hipótesis donde consideró que el oscurecimiento de la película fotográfica se debía a que la iluminación o la luz solar producían alguna fluorescencia en los compuestos de Uranio. Para demostrar su teoría, Becquerel expuso una película envuelta en papel negro a rayos solares y observó que ésta no se había oscurecido y creyó que era debido a que la envoltura de papel negro no permitía el paso de la luz.
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  • Radiografa Industrial

    Preparado por; Alejandro Garca Pacheco

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    INTRODUCCION En la actualidad, debido al alto costo y complejidad en los procesos de produccin de equipos y artculos destinados a dar un servicio confiable, es un requisito indispensable que stos cumplan con lar normas de calidad establecidas para tal fin. Al respecto, para la examinacin de equipos y artculos, se ha extendido el uso de los Ensayos No Destructivos. El caso de la radiografa industrial, como prueba no destructiva, es muy interesante, pues permite asegurar la integridad y confiabilidad de un producto; adems, proporciona informacin para el desarrollo de mejores tcnicas de produccin y para el perfeccionamiento de un producto en particular. Este mtodo emplea radiacin de alta energa, capaz de penetrar materiales slidos; con lo que se logra conocer la condicin interna de estos. Por lo anterior, esta prueba es utilizada para detectar discontinuidades internas en una amplia variedad de materiales. Dentro de los END, la radiografa es uno de los mtodos ms antiguos y de mayor uso en la industria. Debido a esto, continuamente se realizan nuevos desarrollos que modifican las tcnicas radiogrficas aplicadas al estudio no slo de materiales, sino tambin de partes y componentes; todo esto con el fin de hacer ms confiables los resultados durante la aplicacin de esta tcnica. En el presente texto, se analizarn los principales factores que influyen en el proceso radiogrfico, de tal manera que sea posible seleccionar la modalidad ms adecuada a las condiciones particulares de trabajo. Breve historia de la Inspeccin Radiogrfica Los Rayos X fueron descubiertos en 1895 por el fsico alemn Roentgen, quien les dio este nombre debido a que en ese entonces se ignoraba todo sobre su naturaleza. Roentgen tuvo la suficiente visin para darse cuenta de que la radiografa poda emplearse con fines industriales o de investigacin y se puede afirmar que l fue el primer radilogo industrial, puesto que realiz investigaciones sobre el comportamiento de ciertos materiales y de armamentos de reciente creacin. Por otra parte, durante ese mismo ao, el fsico francs Henri Becquerel estudiaba la fluorescencia de los compuestos de Uranio; y al realizar varios experimentos colocando cristales de Sulfato de Potasio y Uranio sobre una placa fotogrfica envuelta con papel negro, observ que al exponerlos a la luz solar, la parte de la placa que se encontraba en contacto con los cristales se oscureca. Como consecuencia de estos experimentos, Becquerel formul su primera hiptesis donde consider que el oscurecimiento de la pelcula fotogrfica se deba a que la iluminacin o la luz solar producan alguna fluorescencia en los compuestos de Uranio. Para demostrar su teora, Becquerel expuso una pelcula envuelta en papel negro a rayos solares y observ que sta no se haba oscurecido y crey que era debido a que la envoltura de papel negro no permita el paso de la luz.

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    Sin embargo, una casualidad lo llev a la conclusin de que el Uranio emita rayos en forma espontnea, sin necesidad del estmulo de la luz exterior. A este fenmeno de emisin espontnea de radiacin le dio el nombre de radioactividad. Ante estos hechos, Becquerel lleg a otra hiptesis para establecer que la presencia de radiactividad en algunos minerales de Uranio indicaba la existencia de una sustancia an ms radioactiva que ste; por lo que encarg a Pierre y Marie Curie la identificacin y separacin de dicha sustancia. Los esposos Curie efectuaron la separacin qumica y el anlisis de minerales de Uranio, logrando aislar en 1898 un nuevo elemento radioactivo: El Polonio, nombre dado en honor al pas natal de Marie. En 1902, los esposos Curie lograron aislar del mineral Pechblenda (de Uranio) una pequea cantidad de otro elemento nuevo, el cual era 300,000 veces ms radioactivo que el Uranio y al que llamaron Radio. Marie Curie fue la primera radiloga que emple radioistopos para tomar la radiografa mdica. Esto lo realiz durante la Primera Guerra Mundial, en el frente de Verdum, demostrando adicionalmente la ventaja de que este tipo de radiografa no requera de energa elctrica para su realizacin. En la actualidad, dentro del campo de la industria existen dos tcnicas comnmente empleadas para la inspeccin radiogrfica: a) Radiografa con rayos X b) Radiografa con rayos gamma. La principal diferencia entre estas dos tcnicas es el origen de la radiacin electromagntica; ya que, mientras los rayos X son generados por un alto potencial elctrico, los rayos gamma se producen por desintegracin atmica espontnea de un radioistopo. Definicin y Propsito de la Inspeccin Radiogrfica. La inspeccin por radiografa industrial se define como un procedimiento de inspeccin no destructivo de tipo fsico, diseado para detectar discontinuidades microscpicas y variaciones en la estructura interna o configuracin fsica de un material. Al aplicar la radiografa industrial, normalmente se obtiene una imagen visible del material, por lo que el propsito principal de este tipo de inspeccin es la obtencin de registros permanentes para el estudio y evaluacin de discontinuidades presentes en dicho material. Principio del Mtodo de Inspeccin Radiografa. El principio fsico en el que se basa la radiografa es la interaccin entre la materia y la radiacin electromagntica siendo sta ltima de una longitud de onda muy corta y de alta energa. Durante la exposicin radiogrfica, la energa de los rayos X o gamma es absorbida o atenuada al atravesar un material. Esta atenuacin es proporcional a la densidad, espesor y configuracin del material inspeccionado. La radiacin ionizante que logra traspasar el objeto puede ser registrada por medio de la impresin en una placa o papel fotosensible, que posteriormente se somete a un proceso de revelado para

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    obtener la imagen del rea inspeccionada; o bien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo de vdeo, para despus analizar su imagen en una pantalla de televisin o grabarla en una cinta de vdeo. Los rayos X y gamma constituyen una forma de radiacin electromagntica similar a la luz visible, aunque de menor longitud de onda; por lo cual obedecen las leyes de la fsica ondulatoria de forma similar. Sin embargo, debido a esa misma longitud de onda, es difcil demostrar los fenmenos como la reflexin y la difraccin. El equipo que se emplea con ms frecuencia para la inspeccin radiogrfica es el siguiente: 1. Fuente de radiacin (rayos X o rayos gamma) 2. Controles de la fuente 3. Pelcula radiogrfica 4. Pantallas intensificadoras 5. Indicadores de calidad de la imagen 6. Accesorios El procedimiento que normalmente se sigue para obtener una radiografa puede ser descrito de la siguiente forma: Inicialmente, deben conocerse algunas caractersticas del material que se va a examinar, como son: tipo del metal, su configuracin, el espesor de la pared a ser radiografiada, etc. Todo ello con el din de seleccionar el radioistopo o el kilovoltaje ms adecuado. Una vez establecida la fuente de radiacin, se deben calcular las distancias entre sta, el objeto y la pelcula, para as poder obtener la nitidez deseada. Igualmente, se selecciona la pelcula con ciertas caractersticas que permitan una exposicin con un tiempo razonable y una calidad e imagen ptima. Esta se coloca dentro de un portapelcula que sirve como proteccin para evitar que la luz dae la emulsin fotogrfica, y que adems contiene las pantallas intensificadoras que sirven para reducir el tiempo de exposicin, mejorando con esto la calidad de la imagen. Este ltimo proceso se efecta en el laboratorio. Una vez realizado lo anterior, se procede a poner en prctica las medidas de seguridad radiolgica en la zona en la que se va a efectuar la radiografa, con el fin de evitar una sobredosis al personal que pueda estar laborando cerca de la zona de inspeccin. A continuacin, se hace el arreglo para colocar la fuente a la distancia calculada con respecto al objeto y se coloca la pelcula radiogrfica del otro lado de ste para registrar la radiacin que logre atravesar al material sujeto a inspeccin. Se realiza la exposicin, bien sea secando la cpsula que contiene al radioistopo o encendiendo al aparato de rayos X; esto se lleva a cabo durante el tiempo previamente calculado para realizar la exposicin. Una vez terminada la exposicin, se recupera la cpsula o se apaga el instrumento de rayos X y la pelcula se lleva a revelar. Como ya se mencion, el proceso de revelado se verifica en el laboratorio de revelado, tambin conocido como cuarto oscuro. El revelado es una de las partes ms criticas de la radiografa industrial y consiste en convertir la imagen virtual producida por el paso de la radiacin a travs de la pelcula, en una imagen real por medio de una serie de reacciones qumicas. El revelado se efecta en varios pasos: revelado, bao cido o de parada, bao de fijado o lavado final. Al terminar el revelado, se seca la pelcula y se procede a la interpretacin de la imagen obtenida;

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    siendo primero evaluada para comprobar si rene los requisitos de calidad indicador por el procedimiento de inspeccin. Si se comprueba que la imagen es satisfactoria, entonces se interpreta para conocer qu tipo de indicaciones estn presentes, las cuales son posteriormente evaluadas para conocer su nivel de severidad y su posible efecto en el material que se inspecciona. La aplicacin del proceso radiogrfico implica observar todas las medidas de seguridad obligatorias que eviten dosis de radiacin innecesarias al operario; ya que si bien es indudable el valor que como mtodo de inspeccin representa, tambin es innegable el riesgo al que est expuesto todo ser humano debido a la utilizacin de radiaciones ionizantes, motivo por el cual ningn tipo de proteccin ni medida de seguridad es excesivo. Aplicaciones de la Inspeccin Radiogrfica. Las propiedades particulares de la radiografa facilitan su aplicacin a nivel industrial, mdico y de investigacin, pues adicionalmente de que la energa de la radiacin puede ser absorbida por la materia, tambin puede hacer fluorescer ciertas sustancias, siendo por todo esto que la tcnica tiene diversas aplicaciones en diferentes ramas. En primer lugar estn las aplicaciones en las cuales se emplea la energa radiante y su efecto sobre la materia, como es el caso de las aplicaciones fsicas (efectos de fluorescencia), mdicas (destruccin de ciertas clulas), y biolgicas (mutaciones o aplicaciones de esterilizacin biolgica). En segundo lugar deben mencionarse las aplicaciones en las cuales se emplean los efectos fsicos, como son la difraccin (determinacin de estructuras cristalogrficas), fluorescencia (determinacin de composicin qumica) y la ionizacin (deteccin de la radiacin), etc. En tercer lugar se tienen las aplicaciones en las que se mide la atenuacin de la radiacin, como es el caso de la medicin de espesores en procesos de alta temperatura, la medicin de niveles de fluidos, la determinacin de densidades en procesos de produccin continua y la radiografa industrial. Finalmente, resta aclarar que la corta longitud de onda de la radiacin que emplea la radiografa le permite penetrar materiales slidos, que absorben o reflejan la luz visible; lo que da lugar al uso de esta tcnica en el control de calidad de productos soldados, fundiciones, forjas, etc., para la deteccin de defectos internos macroscpicos tales como grietas, socavados, penetracin incompleta en la raz, falta de fusin, etc. Ventajas de la inspeccin por Radiografa. Las ventajas ms notables de la inspeccin por radiografa industrial, al compararla contra otros mtodos de inspeccin no destructivos son: a) Su uso se extiende a diversos materiales b) Se obtiene una imagen visual del interior del material c) Se obtiene un registro permanente de la inspeccin d) Descubre los errores de fabricacin y ayuda a establecer las acciones correctivas.

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    Limitaciones de la inspeccin por Radiografa Las principales limitaciones de esta tcnica, con respecto a otros mtodos no destructivos son: a) No es recomendable utilizarla en piezas de geometra complica b) No debe emplearse cuando la orientacin de la radiacin sobre el objeto sea inoperante, ya que

    no es posible obtener una definicin correcta. c) La pieza de inspeccin debe tener acceso al menos por dos lados d) Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad e) Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia. f) Requiere de instalaciones especiales como son: el rea de exposicin, equipo de seguridad y

    un cuarto oscuro para el proceso de revelado. g) Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por ese mtodo. A medida de introduccin al tema, se han mencionado los principales hechos con respecto al descubrimiento de los materiales radioactivos, as como su empleo dentro de la industria como prueba no destructiva. No obstante, es necesario profundizar dentro del proceso mismo para conocer las variantes que ste ofrece con respecto a las necesidades especficas de cada material y las limitaciones que ello ocasiona. Para el desarrollo de tales tpicos, antes ser indispensable revisar los conceptos de fsica que ataen al fenmeno radiogrfico, establecer las unidades de medicin empleadas para cuantificar la inspeccin radiogrfica y conocer parte del proceso de interaccin entre materia y energa. Adems, sern temas de estudio la seguridad radiolgica, el equipo a utilizar (rayos X y rayos gamma), las pelculas, las pantallas intensificadoras, los portapelculas, el proceso radiogrfico y el de revelado, la interpretacin y evaluacin radiogrfica y, finalmente, las tcnicas especiales. La informacin que el texto contiene ha sido ordenada como resultado de la amplia experiencia, tanto prctica como docente. Por ello, se recomienda leerlo en la forma dispuesta, a fin de evitar confusiones y optimizar resultados.

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    Capitulo 1 PRINCIPIOS FISICOS DE LA INSPECCION RADIOGRAFICA Para la mejor compresin de los fenmenos fsicos involucrados en la radiografa industrial, es necesario tener presentes algunos conceptos bsicos sobre fsica atmica, adems de definir las unidades que sern empleadas durante el estudio. Elemento.- Puede definirse como la sustancia que no es susceptible de divisin por los mtodos qumicos ordinarios. Atomo.- Es la unidad ms simple en la que se puede dividir un elemento, conservando todas las caractersticas y propiedades del mismo. Cada tomo est constituido a su vez, de las siguientes partculas conocidas tambin como partculas subatmicas. Protn.- Partcula con carga positiva que se encuentra en el ncleo del tomo. Es, adems, la partcula ms pesada dentro del tomo. Neutrn.- Partcula aproximadamente del mismo tamao y masa que el protn, pero que no tiene carga elctrica. Al igual que el protn, el neutrn se localiza en el ncleo del tomo. Se considera que est formado por un protn y un electrn unidos. Electrn.- Partcula con carga negativa que se encuentra girando alrededor del ncleo. Es muy ligero, siendo aproximadamente 1/1840 veces menor pesado que la masa de un protn. Las partculas subatmicas estn dispuestas en la misma forma en todos los tomos. Los protones y los neutrones forman siempre un grupo muy compacto, llamado ncleo, con una carga neta positiva debida a la carga de los protones. Fuera del ncleo y a distancias relativamente grandes se encuentran los electrones, cuya cantidad es igual al nmero de protones situados dentro del ncleo. En la figura 1 se muestra la representacin normal clsica de la disposicin de las partculas subatmicas en un tomo. Actualmente existen modelos atmicos ms cercanos a la realidad, pero para los fines de este estudio, es suficiente esta representacin para explicar los efectos de la radiacin en la materia y la generacin de la radiacin gamma por desintegracin de un radioistopo. Figura 1

    Electrones Protones y neutrones (ncleo)

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    Para poder distinguir los diferentes arreglos atmicos, se ha establecido la siguiente nomenclatura: Nmero atmico (Z).- Representa el nmero de protones del ncleo y se designa con la letra Z, determinando as el tipo de elemento. Peso atmico.- Es el peso de uno de los tomos del elemento, en relacin con el peso de un tomo de carbono 12, que es de 12.000 unidades de masa atmica unificada. Nmero Msico (A).- Es la suma de protones y neutrones en el ncleo de un tomo. Este nmero determina los diferentes istopos del mismo elemento y se designa con la letra A. Nomenclatura.- A

    E Z N Donde: E = Elemento Z = Nmero atmico A = Masa atmica o nmero msico N = Nmero de neutrones Ejemplo: 60

    Co 27 33 Compuesto.- Es una sustancia formada por dos o ms elementos de tal forma que: Solo la accin qumica los puede separar Los elementos que forman cada sustancia no pueden ser ya identificados por sus propiedades

    individuales originales. Los tomos que forman un compuesto se combinan siempre con la misma relacin en peso. Ejemplo: H2O Agua Na0H Hidrxido de Sodio SO2 Dixido de Azufre CaC2 Carburo de Calcio NI3 Amoniaco Molcula.- Es la partcula ms pequea que puede existir como sustancia compuesta y que conserva sus propiedades.

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    Istopos.- Son tomos de un elemento que tienen el mismo nmero de protones en el ncleo (nmero atmico Z), pero diferente peso atmico. Puesto que el nmero de electrones es igual para los diferentes istopos de in mismo elemento, sus propiedades qumicas son las mimas. Ejemplo: Elemento Istopos 1 Hidrogeno H (Hidrgeno o Hidrgeno -1) 1 2 Hidrgeno H (Deuterio o Hidrgeno -2) 1 3 Hidrgeno H (Tritio o Hidrgeno -3) 1 Los istopos de elementos diferentes se identifican escribiendo el nmero msico (A) a continuacin del nombre del elemento. Por ejemplo: El hidrgeno tiene un nmero atmico (Z) = 1 y un nmero msico (A) = 1. Al sumarle un neutrn, da un nmero msico (A) = 2 Para un nmero msico (A) = 1; al sumarle un neutrn permanece constante el nmero atmico (Z = 1), pero A se incrementa a 2. Por lo anterior, se dice que el nmero atmico Z identifica al elemento; en tanto que el nmero msico A identifica al istopo de ese mismo elemento. Radioistopos.- Existen alrededor de 100 elementos diferentes con aproximadamente 300 istopos estables y ms de 500 que son inestables. La inestabilidad surge porque algunos istopos tienen un desequilibrio de neutrones; por lo que intentan alcanzar una relacin ms estable entre stos y los protones, por medio la emisin de radiaciones alfa, beta o gamma. Es por ello que los istopos inestables se les conocen como istopos radioactivos o radioistopos. Existen radioistopos naturales como el Radio-226 y el Polonio-216; o bien, como subproductos de las reacciones de fisin nuclear como es el caso del Cesio-137 o el Plutonio-239. Pero la mayora de los istopos radioactivos conocidos actualmente son producidos artificialmente a partir de tomos estables que son transformados, al bombardearlos durante un cierto tiempo con una gran cantidad de neutrones libres. A este proceso de transformacin de un elemento estable en radioactivo, se le conoce como activacin.

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    Tipos de radiacin Los istopos radioactivos, se desintegran emitiendo espontneamente radiacin y partculas subatmicas que se conocen como: Partculas Alfa Partculas Beta Radiacin Gamma Las partculas alfa y beta, son emitidas desde el ncleo del radioistopo. Estos dos tipos de partculas no son emitidos simultneamente por todos los radioistopos, ya que algunos emiten slo partculas alfa y otros emiten partculas beta; en tanto que los rayos gamma acompaan unas veces a la emisin de partculas alfa y otras veces a la emisin de partculas beta. Sin embargo, cada sustancia radioactiva emitir siempre el mismo tipo de radiacin y de partculas, con lo que formar un espectro caracterstico. Ningn proceso macroscpico, fsico o qumico, como puede ser la elevacin o disminucin de la temperatura, o la combinacin qumica con otras sustancias estables o radioactivas, puede modificar o alterar la actividad de un radioistopo. Partculas Alfa ().- Despus de una serie de experimentos realizados por Rutherford, Geiger, Robinson y Rays, se lleg a la conclusin y comprobacin de que las partculas alfa son ncleos de Helio. Dichas partculas tienen las siguientes caractersticas: Son partculas con masa (6.62 x 10E-24 g). Son altamente ionizantes (10 veces ms que los rayos gamma) Son desviadas en un campo magntico hacia el pollo negativo Tienen bajo poder de penetracin Su velocidad es aproximadamente de 1/10 veces la velocidad de la luz Pueden ser detenidas fcil y efectivamente por material slido como las hojas de papel. Partculas Beta ().- Las partculas beta se deben a la emisin de un electrn desde el ncleo. Pueden ser consideradas como el producto de la desintegracin de un neutrn para formar un protn y un electrn, que entonces se convierte en la emisin de una partcula beta; stas partculas tienen las siguientes caractersticas: Son partculas con carga negativa Tienen la misma masa que los electrones Son emitidas desde el ncleo Su velocidad es de 9/10 la velocidad de la luz Son desviadas por un campo magntico hacia el polo positivo Tienen bajo poder ionizante Tienen poder de penetracin (no muy alto) Pueden ser absorbidas totalmente por algunos materiales plsticos con un espesor de 6.2 mm

    (). Radiacin Gamma ().- La radiacin gamma es la de mayor poder de penetracin, por lo que es la ms til en la inspeccin radiogrfica. A diferencia de las partculas alfa o beta, la radiacin gamma no es corpuscular y tiene las siguientes caractersticas: Se comporta como onda electromagntica y como fotn

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    Es emitida por el ncleo No posee masa ni carga elctrica No es desviada por un campo magntico Tiene relativamente bajo poder ionizante Presenta un elevado poder de penetracin en materiales slidos Viaja en lnea recta a la velocidad de la luz Presenta una corta longitud de onda. Ondas Electromagnticas, Rayos X y Rayos Gamma.- En la inspeccin no destructiva por el mtodo radiogrfico, los tipos de radiacin ms utilizados son los rayos X y los rayos gamma. Ambos tipos de radiacin no son porciones de materia como es el caso de las partculas alfa y beta. Los rayos X son una forma de radiacin electromagntica con una longitud de onda en el mbito de 250 Amstrongs y menores. Estos se producen al chocar un haz de electrones de alta energa con un blanco metlico, tras lo que se producen fotones por la desaceleracin brusca de los electrones. Los rayos gamma son emitidos por la desintegracin del ncleo atmico de un radioistopo. La emisin de los rayos gamma generalmente est asociada con la emisin de partculas alfa y beta. En la figura 2 se muestra la localizacin de los rayos X y gamma dentro del espectro electromagntico. Como se puede observar, existe un amplio rango de energas que pueden ser seleccionadas para efectuar la inspeccin de un material, pieza o componente en particular.

    Parte del espectro electromagntico. Longitud de onda en unidades ngstrom (1=1x10-8cm)

    Figura 2

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    Unidades de medicin A continuacin se describirn las unidades con que se cuantifican las distintas manifestaciones del fenmeno radiolgico que interesan a este texto, as como el campo que involucran y para que fines se requiere su conocimiento. Antes de iniciar el tema, debe mencionarse que despus de la Convencin Internacional de Pesas y Medidas de 1975, las unidades han sido modernizadas y en este texto se emplearn preferentemente los nuevos criterios relacionndolos con las unidades anteriores. Actividad.- Es la expresin de la velocidad de desintegracin de un radioistopo. En trminos generales, se dice que es el nmero de desintegraciones que ocurren en un material radioactivo por unidad de tiempo. Unidad de Medicin de la Actividad.- A partir de 1975 la unidad de actividad es el Becquerelio (Bq), el cual est definido como una desintegracin por segundo. La unidad anteriormente utilizada era el Curie (Ci); que se define como la cantidad de un radioistopo que produce 3.7 x 10E9 desintegraciones/seg. La equivalencia de ambas unidades es: 1 Ci = 3.7 x 10E9 Bq 1 Ci = 37 GBq Para clasificar lo anterior, supngase que se tiene una fuente de Iridio 192, cuya actividad es de 4 Ci y se desea saber su correspondiente en Bq para su registro en la Comisin Nacional de Seguridad Nuclear y Salvaguardias. 1 Ci = 37 GBq 4 Ci = X ; X = 148 GBq Es decir, que la actividad de la cpsula es de 148 GBq. Actividad Especifica.- La actividad especfica de cualquier radioistopo o fuente radioactiva, se define como la actividad en Bq que presenta un gramo del radioistopo, esto es Bq/g. Un ejemplo de lo anterior es el siguiente: se desea saber la actividad especfica de una cpsula de Cobalto 60 con un peso de 4 gramos del radioistopo y una actividad de 3.7 x 10E9 Bq.

    3.7 x 10E9 Bq/4 g Se puede concluir, al realizar los clculos que la actividad especifica de la cpsula en cuestin ser de 9.25 x 10E8 Bq/g. Para obtener un determinado nmero de Becquerelios en un radioistopo, las dimensiones de la cpsula estarn determinadas por su actividad especfica. Vida Media de los Elementos Radioactivos.- La vida media de un radioistopo es el tiempo necesario para que su actividad inicial quede reducida a la mitad. Este tiempo puede variar desde miles de aos para algunos radioistopos, hasta fracciones de segundo para otros.

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    Como regla general, se dice que aquellos radioistopos con actividad especfica alta tienen una vida media corta. A continuacin, se dan las vidas medias de los radioistopos ms empleados industrialmente, Radioistopo Vida Media Radio-226 (Ra-226) 1620 aos Casio-137 (Cs-137) 30 aos Cobalto-60 (Co-60) 5.3 aos Tulio-170 (Tm-170) 130 das Iiridio-192 (Ir-192) 75 das La actividad de un radioistopo depende de la vida media del mismo, por lo que es posible calcular la actividad de los radioistopos por medio de la siguiente ecuacin: A = Ao (0.5) Exp (t/vm) Donde: A = Actividad del radioistopo en un tiempo t. Ao = Actividad inicial del radioistopo t = Tiempo transcurrido desde la determinacin de la actividad inicial vm = Vida media del radioistopo. Supngase que se tiene una cpsula de Cesio-137, el cual tiene una vida media de 30 aos; si sta comienza a operar con una actividad inicial de 10 MBq, Qu actividad tendr al cabo de 15 aos? A = 10 MBq (0.5) Exp (15/30) ; A = 7.07 MBq Electrn Volt.- La energa de los rayos X y gamma es medida en miles de electrn-volts (keV) y millones de electrn-volts (MeV). Siendo un electrn-volts, la energa ganada por un electrn cuando ste es acelerado por una diferencia de potencial de 1 volt; por lo que si un electrn es acelerado por una diferencia de potencial de 100,000 volts, tendr una energa de 100,000 electrn-volts, es decir, 100 keV 0.1 MeV. Roentgen (R).- Es la primera unidad empleada para la medicin de la ionizacin en el aire, debido al paso de la radiacin X o gamma y tiene varias definiciones o relaciones: a) Un Roentgen es aquella cantidad de radiacin X o gamma que producir 2.083 x 10E9 pares

    de iones por centmetro cbico de aire a una presin de 760 mmHg y a una temperatura de 0 grados C (273 grados Kelvin).

    b) Un Roentgen equivale a 1.61 x 10E12 pares de iones por gramo de aire. c) Un Roentgen es equivalente a una unidad electrosttica de carga.

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    d) En unidades de energa, un Roentgen es igual a 83 Ergs. El Roentgen es una unidad grande de energa, por lo que es ms conveniente usar submltiplos para medir pequeas cantidades de radiacin. Un submltiplo es el Miliroentgen (mR) que viene siendo una milsima del Roentgen. Por lo tanto, un Roentgen (R) es igual a 1000 miliroentgens (mR). Coulomb/Kg.- Esta es la nueva unidad internacionalmente adoptada en sustitucin del Roentgen y que se emplea para la medicin de la capacidad de ionizacin de la radiacin, pero no tiene nombre actualmente. Su relacin con el Roentgen es: 1R = 2.58 x 10E-4 c/Kg. Como ya se mencion anteriormente, el Roentgen mide una cantidad definida de radiacin X o gamma en trminos de su efecto de ionizacin sobre el aire. Las velocidades o intensidades de radiacin se expresaban en trminos de Roentgen/hora (R/hr); o bien, en miliroentgen/hora (mR/hr) y actualmente se deben expresar en C/Kg hr. Emisividad o Constante Especifica de los Rayos Gamma ().- La emisividad o constante especfica de los rayos gamma es tambin una medida de la energa de radiacin que considera al tiempo, al tipo de radioistopo y la distancia a partir de la fuente. La emisividad se expresa como C/Kg hr Bq a un metro de distancia. En las antiguas unidades se expresaba como Roentgen por hora por Curie a una unidad de distancia a partir de la fuente: (R/hr Ci) a un pie o a un metro de distancia, o bien: (mR hr Ci) a un pie o a un metro de distancia. En la tabla I.2 se proporcionan algunas de las constantes de emisividad ms comnmente empleadas en radiografa.

    TABLA 1

    Constantes Especficas de los Rayos Gamma ()

    RADIOISOTOPO CONSTANTE ESPECIFICA () a 1 pie R/hr Ci

    a 1 metro C/Kg hr Bq a 1 metro

    Co-60 14.0 1.3 9.06 x 10E-15 Cs-137 3.4 0.32 2.23 x 10E-15 Ir-192 5.9 0.55 3.83 x 10E-15

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    Emisividad de los Equipos de Rayos X.- Las intensidades promedio de radiacin que se pueden obtener con un equipo de rayos X en ptimas condiciones, estn dadas en R/mA min y son las siguientes: POTENCIAL INTENSIDAD kVp (R/mA min a 1 m) 50 0.05 70 0.1 100 0.4 250 2.0 1000 20.0 2000 280.0 5000 5000.0 10000 30000.0 15000 100000.0 20000 200000.0

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    CAPITULO 2 INTERACCIN DE LA ENERGA RADIANTE Y LA MATERIA. La radiacin ionizante, como son los rayos X y gamma, interacta con la materia en todos sus estados de agregacin. Es esta interaccin la que provoca que las partes a ser inspeccionadas atenen o absorban en forma diferente la radiacin, producindose as cambios o variaciones en la intensidad de la radiacin a ser detectada o registrada. Las caractersticas de atenuacin de los materiales varan en funcin de la intensidad, del nivel de energa de la radiacin, de la densidad y de la estructura atmica del material radiografiado. La ltima parte de este captulo se dedicar a describir brevemente los mecanismos mediante los cuales la radiacin ionizante interacta como la materia. Absorcin de la Radiacin. Los efectos por los cuales la radiacin es absorbida por la materia, pueden ser clasificados en funcin de los mecanismos de interaccin de la siguiente forma: Absorcin del fotn Absorcin de las partculas cargadas Absorcin de los neutrones Los dos ltimos efectos tienen poco inters para la inspeccin por radiografa empleando rayos X o gamma; por tal razn no se incluyen en este estudio; no obstante, tienen gran importancia para la Radiografa Neutrnica y para la Fsica. La absorcin de los fotones es el efecto ms importante que sucede en la absorcin de la radiacin ionizante y tiene aplicaciones muy amplias en medicina, radiologa y fsica experimental; por lo anterior, se han dedicado grandes esfuerzos para estudiar este efecto cuando se produce con rayos X y gamma. Absorcin del Fotn.- Las radiaciones X y gamma presentan una absorcin exponencial caracterstica al pasar a travs de la materia. Este efecto se lleva a cabo cuando los fotones son absorbidos del haz de radiacin principal, debido a que stos pueden interaccionar con el ncleo o con los electrones de los tomos del material que se inspecciona. Actualmente, se clasifica el efecto de absorcin en tres tipos principales: a) Efecto fotoelctrico b) Dispersin c) Produccin de pares inicos. Cada uno de stos, presenta un coeficiente de atenuacin y la suma de todos ellos es conocida como el coeficiente total de atenuacin a) Efecto Fotoelctrico. Es el proceso de absorcin energtico, en el cual un fotn con una energa igual o menor a 0.5 MeV transfiere totalmente su energa a un electrn de cualquiera de los orbitales de un tomo. Esta energa puede ser suficiente para mover el electrn de un orbital a otro para expulsarlo totalmente del tomo quedando ste ionizado. Figura 2.

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    Figura 2. Efecto fotoelctrico La energa adquirida por el electrn para poder desplazarse de una rbita de menor energa a otra de mayor energa, o para ser expulsado del tomo, es cedida por el fotn, el cual desaparece. Entre mayor sea la energa que posea el fotn, ste ser absorbido en los orbitales ms cercanos al ncleo del tomo. Cuando el haz de radiacin posee fotones con una energa similar a la energa de enlace de electrones ubicados en un orbital particular, se presenta una mayor absorcin de la energa radiante. Existe un nivel energtico en el cual existe un cambio abrupto bien definido de la absorcin de radiacin que es conocido como pico K (llamado as por removerse electrones del orbital K del tomo), en donde la energa cintica del electrn expulsado es igual a cero. A partir de este conforme aumenta la energa del fotn, el efecto de absorcin disminuye de forma cbica con atenuacin fotoelctrica de un material puede ser expresado como la suma de los coeficientes de atenuacin de los orbitales K, L, M, etc. Este efecto de absorcin se ve incrementado al aumentar el nmero atmico (Z) del material sujeto a inspeccin; pero para los elementos pesados este valor permanece casi constante, variando slo del orden de algunas millonsimas de electrn-volt. Dispersin.- Los efectos de absorcin por dispersin se incrementan cuando la energa del fotn es mayor que la energa de enlace del orbital K. Este efecto contribuye a la absorcin de la energa radiante. El primero de los efectos de dispersin es conocido como dispersin coherente (efecto de Rayleigh) y el segundo como dispersin incoherente (efecto de Compton). b) Dispersin Coherente (Efecto de Rayleigh).- Este tipo de dispersin slo se presenta por radiacin de baja energa y para la cual, la energa de enlace de los electrones en un determinado nmero de orbitales es significativa ante el nivel energtico del fotn. Esta dispersin tambin es conocida como efecto de Rayleigh. Explicndolo de una manera sencilla y basndose en las propiedades ondulatorias de los fotones, consiste en la absorcin de la energa por la resonancia de los electrones de uno o varios orbitales que poseen un nivel energtico similar al del fotn, y en la posterior emisin de un nuevo fotn dispersado por el tomo que tiene el mismo nivel energtico pero diferente direccin. Dicho fenmeno se muestra en la figura 3.

    Figura 3. Dispersin coherente del fotn sin prdida de energa.

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    Por las caractersticas de esta dispersin, su contribucin al coeficiente total de atenuacin nunca es mayor al 20%. Es conveniente mencionar que la dispersin coherente tambin ocurre con los tomos en una red cristalina; aunque el efecto de dispersin se presenta en ngulos muy pequeos con respecto al haz de radiacin incidente y por lo tanto su efecto es poco significativo. c) Dispersin incoherente (Efecto de Compton).- En principio, sta no es una absorcin energtica total, ya que slo parte de la energa del fotn es absorbida por un electrn y la energa remanente es reorientada como se muestra esquemticamente en la figura 4. Para este tipo de efecto, se considera que la energa de enlace del electrn es despreciable comparada con la energa del fotn. En anlisis detallado del efecto Compton, muestra que la energa del fotn dispersado es siempre menor que la energa del fotn incidente; por este motivo; se considera que es una dispersin incoherente. El anlisis realizado por Compton se bas en las propiedades corpusculares del fotn, adems del principio de la conservacin de la energa y del momento, durante el impacto entre el electrn y el fotn.

    Figura 4. Dispersin incoherente (Efecto de Compton) El cambio de energa no depende de la naturaleza del medio dispersante, sino slo de los ngulos de incidencia y de dispersin. El ngulo de dispersin ser mayor, entre mayor sea el ngulo de incidencia del fotn. Este efecto se ve reducido al aumentar la energa de la radiacin, la cual se vuelve aun ms penetrante. d) Produccin de Pares Inicos. Los fotones que tienen una energa de 1.02 MeV o mayor pueden ser absorbidos por la materia durante su conversin, a un electrn y un protn. Lo cual ocurre dentro del campo elctrico del ncleo. A este efecto se le conoce como produccin de pares inicos. An cuando ambas partculas (electrn y protn) tienen un mnimo de masa, parte de la energa del fotn es empleada para su creacin. Por debajo de un valor de 1.02 MeV no es posible este efecto. La energa remanente del fotn es consumida por las partculas como energa cintica. Este efecto se puede apreciar en la figura 5.

    Figura 5. Produccin de pares ionicos

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    El protn creado es destruido, por la interaccin con otro electrn y despus de una vida muy corta, sta destruccin genera nuevamente radiacin electromagntica, principalmente en la forma de 2 fotones que viajan en direcciones opuestas y que tienen una energa de aproximadamente 0.51 MeV cada uno. La posibilidad de que este efecto suceda, se incrementa de forma logartmica con el incremento de la energa por arriba del valor crtico de 1.01 MeV. Este proceso tambin se puede llevar cabo efecto en alguno de los orbitales del tomo y en tal caso se habla de la formacin de un triplete; sin embargo, la produccin de la tercera partcula (en este caso un electrn), se debe al desplazamiento de un electrn ya existente en el orbital. e) Foto-desintegracin Adicionalmente a los tres efectos predominantes en la absorcin existe un cuarto, conocido como fotodesintegracin en donde el fotn es capturado por el ncleo, el cual pierde una o ms de sus partculas. Este efecto es anlogo al efecto fotoelctrico; sin embargo, su influencia en el coeficiente total de atenuacin es mnimo para radiaciones cuya energa sea menor a 10 MeV. Esto es muestra en la figura 6.

    Figura 6. Efecto de absorcin por fotodesintegracin Como se puede concluir de los efectos anteriores, stos son altamente dependientes de las caractersticas atmicas del material que se inspecciona. Por esta causa, se han desarrollado tablas de coeficientes de atenuacin y de coeficientes lineales de atenuacin. A continuacin se explica brevemente la metodologa para el clculo de los coeficientes de atenuacin. Actualmente se emplean tres tipos de coeficientes totales de atenuacin: Coeficiente de atenuacin atmico Coeficiente de atenuacin msico Coeficiente de atenuacin lineal. De los anteriores, el coeficiente de atenuacin lineal es el ms fcil de emplear en la prctica, ya que se refiere al espesor del material que se inspecciona. Calculo de la Atenuacin de la Energa La intensidad de la radiacin varia en forma exponencial al espesor homogneo del material a travs del que pasa. En la tabla 1, que se muestra a continuacin, se dan algunos valores representativos para diferentes materiales y niveles de energa de la radiacin.

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    TABLA 1

    Coeficiente de Atenuacin Lineal (1/cm)

    E (MeV)

    Pb Fe Al H20

    0.2 5.0 1.06 0.33 0.14 0.5 1.7 0.63 0.23 0.09 1.0 0.77 0.44 0.16 0.067 1.5 0.57 0.40 0.14 0.057 2.0 0.51 0.33 0.12 0.048 2.5 1.48 0.31 0.10 0.042 3.0 0.47 0.30 0.09 0.038 4.0 0.48 0.27 0.082 0.033 5.0 0.48 0.24 0.074 0.030

    Capa de Valor Medio (CVM) Es aquel espesor de un material dado que es capaz de reducir a la mitad la intensidad de la radiacin incidente que proviene de un istopo o de un equipo de rayos X especfico. La capa hemirreductora para un material absorbente est relacionada con el coeficiente de absorcin lineal mediante la siguiente ecuacin. uCVM

    2ln= Donde: CVM = Capa de Valor Medio (hemirreductora) = Coeficiente de atenuacin lineal Aplicando esta frmula a un ejemplo en el que se tiene una fuente de rayos-x de 1.0 MeV y se desea emplear Plomo como material de blindaje, s se sabe que el coeficiente de atenuacin lineal () del Plomo para 1 MeV de radiacin es de 0.77, Cul es la capa hemirreductora para el Pb? CVM = 0.693/ Si, p = 0.77 cm para el Pb con una energa de 1 MeV, entonces: CVM = 0.693/0.77 cm Por lo tanto, la capa hemirreductora es de 0.90 cm. Es decir, se necesitan 0.90 cm de plomo para reducir la radiacin de 1 MeV de energa, a la mitad de su intensidad. Existe una segunda expresin matemtica para calcular la capa hemirreductora:

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    I= Io e-t Donde: Io = Energa emergente (R/h) I = Energa incidente (R/h) t = Espesor del material (cm) = Coeficiente de atenuacin lineal (1/cm) El valor de es una constante que depende del tipo de material y de la energa del fotn. Capa Decirreductora Es el espesor de un material que reduce a un dcimo la intensidad de radiacin incidente, siendo especfico para determinado material y energa. Es una expresin conocida, pero poco empleada en los clculos prcticos. La informacin contenida en este captulo, tan slo es un breve resumen de los principios fsicos y efectos de la radiacin sobre la materia, adems de la forma de ponderarlos; por lo que se sugiere que esta informacin se ample en los libros especializados que se citan en la bibliografa contenida al final del texto. Para el empleo adecuado de la radiacin como tcnica de inspeccin no destructiva, es necesario estar compenetrado con los principios de seguridad que su manejo requiere debido al peligro que representa trabajar con niveles energticos que por su naturaleza reportan un alto riesgo a la salud en caso de no atender las medidas precautorias.

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    Capitulo 3 FUENTES DE RADIACION La calidad de la imagen radiogrfica depende de la correcta seleccin de las variables que se apliquen durante la inspeccin. Una de stas es la fuente de la energa radiante que se emplee. En este captulo, se analizarn las caractersticas ms relevantes de los equipos de rayos X y de rayos gamma. Es conveniente hacer notar que cada una de ellas tiene sus ventajas y limitaciones, por lo que la seleccin de la energa a ser utilizada deber realizarse en funcin del trabajo a efectuar; de las condiciones de operacin y de las caractersticas de los materiales a inspeccionar. En la primera parte del presente se estudiar el equipo de rayos X y posteriormente el de rayos gamma. Generadores de Rayos X. Son dispositivos electrnicos que convierten la energa cintica de los electrones en rayos X. Segn su potencia, se clasifican como de baja o alta energa. En la radiografa industrial, normalmente se manejan los tubos de rayos X con potenciales que varan de 100 a 400 kV, los cuales se conocen como tubos de baja energa y sern los que aqu se describan con mayor detalle, dado que en el Captulo de Tcnicas Especiales se describirn brevemente los equipos de alta energa. Tubos de Rayos X Un tubo de rayos X est constituido bsicamente por ctodo, el cual contiene un filamento que genera electrones y un nodo tambin llamado blanco, en donde inciden los electrones despus de haber sido acelerados por una diferencia de potencial entre los dos electrodos. Este sistema est integrado dentro de una cmara al alto vaco. En la figura 7 se muestra un tubo de Rayos X comercial. El ctodo est formado de un filamento y de un colimador que lo rodea. El colimador es usualmente de fierro o nquel puro y funciona como una lente electrosttica, cuyo propsito es evitar la dispersin de los electrones y dirigirlos como un haz hacia el nodo. El filamento es, por lo general, una resistencia de tungsteno que tiene las caractersticas trmicas y elctricas deseadas. El arreglo del filamento dentro del colimador y la forma de ste, determinan las dimensiones del haz de electrones y el rea de emisin resultante en el nodo.

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    Figura 7. Tubo de Rayos X

    Debido a las caractersticas elctricas del tungsteno, un flujo bajo de corriente a travs del filamento es suficiente para calentarlo a la temperatura en la que se produce una emisin de electrones (efecto termoinico). Entre el filamento que acta como ctodo y el blanco que acta como nodo, se establece una diferencia de potencial de varios kV, lo que ocasiona que los electrones generados en el filamento sean acelerados hacia el blanco, adquiriendo de este modo una cierta energa cintica que es proporcional a la diferencia de potencial, ver figura 8.

    Figura 8 Esquema de un Tubo de Rayos-x

    El nodo, denominado blanco o antictodo, es un electrodo metlico de gran conductividad elctrica y trmica. Por lo general, es manufacturado de cobre y que se protege con una placa de

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    tungsteno, molibdeno, oro o platino que tiene por objeto recibir el impacto de los electrones acelerados, Si bien el platino funciona adecuadamente como blanco de incidencia, los materiales ms frecuentemente utilizados como nodos son el molibdeno y el tungsteno. El cobre se emplea como soporte, conductor elctrico y difusor trmico, ya que tiene caractersticas trmicas y elctricas superiores a las de tungsteno y molibdeno. La razn de emplear estos ltimos como blanco es que son materiales muy densos, produzca un mayor nmero de interacciones de los electrones con el material incidente, dadas sus caractersticas. El nodo presenta una inclinacin que puede variar de 17 a 21 grados; esto es con la finalidad de reducir el punto de emisin de los rayos X, denominado tambin punto focal. En los tubos de rayos X industriales, el punto focal es de aproximadamente 2 mm y 2 mm de rea, sin embargo, su tamao real puede variar hasta un 50% con respecto al terico dependiendo de las condiciones de operacin. La generacin de rayos X se debe al efecto denominado como Bremsstrahlung, ver figura 9, que consiste en la conversacin parcial de la energa cintica del electrn en un fotn de Rayos X al chocar est con el igual a la diferencia entre la velocidad inicial del electrn y la velocidad final del mismo; este efecto se repite hasta que el electrn pierde toda la energa cintica adquirida en la aceleracin inicial. Tal proceso es poco eficiente y aproximadamente slo el 1% de la energa cintica adquirida por los electrones se convierte en radiacin X, en tanto que la diferencia se pierde como calor y radiacin ultravioleta, debido a que la mayor parte de la energa de los elementos se transforma en calor, el cual debe ser disipado.

    Figura 9. Generacin de los Rayos-x (Proceso Bremsstrahlung)

    El diseo y seleccin del material para la fabricacin del nodo y del material incidente o blanco de los electrones es muy importante, ya que se requiere asegurar que el sobrecalentamiento no lo dae prematuramente. El calentamiento del nodo es muy limitante en el tamao del punto focal, pues las fuentes radiogrficas con puntos focales pequeos producen imgenes mejor definidas, pero tienen el inconveniente de calentarse en exceso, lo que limita el tiempo de operacin.

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    Debido a que el nodo se genera calor, la cubierta del tubo se construye de vidrio de alto punto de fusin. Estructuralmente esta cubierta debe tener una ventana de boro, justo frente al punto focal, para permitir una emisin lo ms alta posible de radiacin generada sin filtrarla y con la resistencia suficiente para soportar la presin que se genera en el interior de la cmara al alto vaco. La forma de la cubierta est determinada por los circuitos elctricos usados con el tubo y por el uso que se le da a ste. Todas las conexiones elctricas que pasan a travs o a lo largo de la cubierta y hacia los electrodos del tubo se hacen de dos formas: A travs del aislamiento, el cual es capaz de soportar la temperatura, presin y las fuerzas

    elctricas que existen en el proceso. Por conexin directa a la cubierta, en donde las conexiones elctricas a sta son hechas de

    aleaciones metlicas, por lo que tienen un coeficiente de expansin trmica similar al de vidrio. Adems, dicha aleacin se funde junto con el vidrio y forma para de la cubierta.

    Las razones por las que se debe tener un sistema de alto vaco para los elementos del tubo son las siguientes: Prevenir la oxidacin del filamento y del blanco. Permitir un paso rpido del haz de electrones, sin ionizacin de gas dentro del tubo. Proporcionar un aislamiento elctrico entre los electrodos. La mayora de los tubos industriales de rayos X tienen lquidos de enfriamiento para disipar satisfactoriamente el calor generado durante la operacin. Los tubos de rayos X son insertados dentro de un contenedor metlico denominado carcaza, el cual posee un medio aislante que puede ser aceite de transformador o un gas aislante. El propsito de ste ltimo es el de brindar proteccin contra un choque elctrico de alto voltaje. Caractersticas de la Energa de las Mquinas de las Mquinas de Rayos-X. Las mquinas convencionales de rayos X alimentadas por lneas elctricas de corriente alterna de 120 y 240 volts pueden proporcionar tensiones de 5 a 420 keV e intensidades entre los 2 y los 8 mA; y normalmente presentan alguno de los arreglos elctricos que se describirn a continuacin. Todas son del tipo autorrectificado, ya que el diseo del tubo slo permite el flujo tiene la carga negativa no hay fluido de electrones, en tanto que una mala conexin del circuito ocasionar que el tubo se sobrecaliente y en consecuencia se queme. Una concepcin equivocada acerca de los tubos de potencial constante, es la de que stos proporcionan durante toda la exposicin una radiacin monoenergtica (con una misma longitud de onda); esto es, se cree que el miliamperaje no vara durante todo el lapso de exposicin. Lo anterior no es correcto porque durante las variaciones provocadas por la rectificacin de la corriente alterna, las continuas disminuciones del potencial del tubo ocasionan la produccin de rayos X de diferentes longitudes de onda. Por tal motivo, es importante que durante la exposicin el potencial se mantenga lo ms constante posible, eliminndose de esta forma los posibles rayos X de baja energa (con longitud de onda larga). Como se mencion anteriormente, el espectro de la radiacin producido por este tipo de equipos es en forma de una banda en la que estn presentes rayos X de diferentes longitudes de onda. El espectro de emisin es modificado por dos variables que son:

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    Miliamperaje empleado Kilovoltaje aplicado El miliamperaje acta principalmente sobre la cantidad de electrones que se impactan en el nodo; en consecuencia, un incremento en el miliamperaje del tubo se ver reflejado en la intensidad de la radiacin emitida, sin modificar la longitud de onda de haz de radiacin. Esto se muestra en la figura 10a.

    Figura 10a. Efecto del cambio de miliamperaje en un tubo de rayos X.

    El kilovoltaje acta principalmente sobre la velocidad de los electrones y por tanto, un incremento en el kilovoltaje del tubo se ver reflejado en una reduccin de la longitud de onda y un aumento de la intensidad en el espectro de la radiacin emitida; por lo que la radiacin se volver ms penetrante (ms dura) y menos contrastante. Esto se muestra en la figura 10b.

    Figura 10b. Efectos del cambio de kilovoltaje en un tubo de rayos X.

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    Resumiendo lo anterior, se establece que en un tubo de rayos X: La intensidad de la corriente de filamento (miliamperaje) cambia la temperatura del mismo y la cantidad de electrones que son emitidos, afectando la intensidad de la emisin de rayos X. En tanto, un cambio en el miliamperaje del tubo de rayos X no afectar el poder de penetracin de la radiacin. Ya que no afecta la longitud de onda de sta. La diferencia de potencial entre el nodo y el ctodo (kilovoltaje) cambia la energa cintica de los electrones, modificando la longitud de onda promedio, la intensidad y el poder de penetracin del haz de radiacin emitida. El poder de penetracin es mayor al aumentar el kilovoltaje, debido a que se reduce la longitud de onda de la radiacin. El efecto combinado de un mayor poder de penetracin y una mayor intensidad reducen el tiempo de exposicin radiogrfica cerca del 50%, para un incremento del 10% en la tensin (kV). En algunas mquinas, el control de la intensidad de la corriente (miliamperaje) no es independiente, por lo que ste se ajusta al efectuar la regulacin del kilovoltaje del tubo de rayos X. En la tabla 2 se establece una comparacin entre las capacidades de penetracin de los tubos convencionales de rayos X.

    TABLA 2

    Capacidades de Penetracin de los Tubos de Rayos X.

    Potencial de aceleracin mximo Espesor de penetracin en pulgadas de acero TUBOS DE RAYOS X

    150 kV . Hasta 5/8 pulgadas 250 kV . Hasta 1 pulgadas 400 kV . Hasta 2 pulgadas

    Control de la Fuente de Rayos X. La generacin de los rayos X se controla desde una consola; en sta se encuentran los selectores de las variables de operacin como se muestra en la figura 11. La consola se conecta mediante cables al tubo; en algunos equipos existen conexiones para alimentarlo de aceite de enfriamiento.

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    Fig. 11 Consola de mandos de una mquina de rayos X.

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    Los controles caractersticos de una consola de rayos X son los siguientes: a) Selector de voltaje de alimentacin, que puede ajustarse a 110 v, 220 v, etc. b) Interruptor de encendido y apagado, proporciona la energa elctrica al equipo. c) Selector de alto voltaje y voltmetro calibrado en kilovoltios. Permite ajustar la tensin aplicada

    entre ctodo y nodo. d) Selector de amperaje y ampermetro calibrado en miliampers. Permite ajustar la corriente del

    filamento. e) Cronmetro. Permite seleccionar el tiempo de exposicin. f) Encendido del generador. Inicia la generacin de Rayos X. g) Apagado del generador. Finaliza la generacin de Rayos X h) Foco Piloto (color rojo). Indica cuando el equipo est generado rayos X. Para concluir el estudio de los equipos de rayos X, se presenta una tabla que resume las aplicaciones y las condiciones bajo las cuales se obtienen los mejores resultados.

    TABLA 3

    Aplicaciones Caractersticas de las Mquinas de Rayos X.

    Voltaje Mximo (kV) Pantallas Iintensificadoras

    Aplicaciones

    50 Ninguna Secciones delgadas de la mayora de los metales, espesores moderados de grafito y berilio, madera, plsticos.

    150 Ninguna Plomo Fluorescente

    5 pulgadas de aluminio 1 pulgada de acero 1 pulgada de acero

    250 Plomo Fluorescente

    2 pulgadas de acero 3 pulgadas de acero

    400 Plomo Fluorescente

    3 pulgadas de acero 4 pulgadas de acero

    1000 Plomo Fluorescente

    5 pulgadas de acero 8 pulgadas de acero

    2000 Plomo 16 pulgadas de acero 8 a 25 MeV Plomo 16 pulgadas de acero

    Una vez revisadas las especificaciones del equipo de Rayos X, que permiten evaluar sus posibilidades de aplicacin, es conveniente estudiar las fuentes de rayos gamma, a fin de comparar ventajas y limitaciones para establecer cual es el ms conveniente, segn las necesidades particulares de servicio.

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    Caractersticas de la Radiacin de Fuentes de Rayos Gamma. Como ya se dijo anteriormente, los rayos gamma son ondas electromagnticas de una longitud de ondas relativamente corta y son emitidas durante la desintegracin de istopos inestables naturales o producidos artificialmente.

    Muchos elementos de la tabla peridica, tienen istopos que pueden ser transformados en istopos radioactivos por irradiacin con neutrones lentos producidos en un reactor nuclear.

    A continuacin se describen brevemente algunas propiedades de las fuentes de rayos gamma.

    Vida Media. Es una caracterstica de las fuentes de rayos gamma que est ligada al tipo de radioistopo que contenga, ya que se explic anteriormente, cada radioistopo tiene una vida media especfica.

    Actividad de la Fuente. La actividad de la fuente puede ser conocida empleando las grficas o tablas de decaimiento para un radioistopo en particular y conocer as la actividad de la fuente en cualquier tiempo.

    La intensidad de los radioistopos depende de la actividad que stos presenten. Para conocer el valor de la actividad de una fuente en un momento determinado, ser necesario consultar la grfica de decaimiento de la misma, que debe ser proporcionada por el fabricante del radioistopo. La grfica de una cpsula en particular tiene indicado; el radioistopo que contiene, el nmero de serie de la cpsula, el tamao del punto focal, la fecha de calibracin y la actividad en la fecha de calibracin. Para conocer la actividad de un radioistopo en un momento determinado, basta consultar la grfica o bien efectuar un clculo sencillo. Intensidad de la Radiacin.- Se refiere al grado de ionizacin que una fuente puede proporcionar en un tiempo determinado, su unidad es el roentgen/hora y puede ser calculada multiplicando la actividad de la fuente por la constante especfica de emisin. La intensidad de la fuente puede variar, debido a que esta caracterstica esta en funcin del tamao de la fuente, material, diseo de encapsulacin y del grado de concentracin del radioistopo (actividad especfica) al momento en que fue encapsulado. Constante Especifica de Emisin.- Se refiere a la capacidad de ionizacin que tiene un radioistopo a una distancia determinada; normalmente se expresa en Rh. f/Ci o Rh. m/Ci. Las constantes especificadas de emisin de los diferentes radioistopos empleados en radiografa industrial se muestran en la siguiente tabla.

    TABLA 4

    Constantes Especificas de Emisin

    Istopo Vida Media Actividad Cte. Especifica 1 metro

    Rhr/Curie 1 pie

    Cobalto 60 5.3 aos 1 Curie 1.30 14.0 Cesio 137 30 aos 1 Curie 0.32 3.4 Iridio 192 75 das 1 Curie 0.55 5.9

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    Aunque la constante especfica de emisin para un istopo dado es un valor constante, cuando se tienen fuentes de gran tamao, emiten con intensidad por Curie menor que las fuentes de tamao reconocido. La diferencia entre la radiacin de salida calculada y la radiacin efectiva emitida es resultado de la autoabsorcin dentro de la masa radioactiva, donde los rayos gamma resultantes de la desintegracin de tomos en el centro de dicha masa son parcialmente absorbidos por la masa misma. Es decir, el material radioactivo acta como blindaje de su propia radiacin. Nivel Energtico.- La energa emitida por cada radioistopo es contante y no cambia an cuando la actividad y la intensidad de emisin del radioistopo disminuyan. Este hecho no debe pasar inadvertido, ya que influye en la calidad de la imagen que se obtenga. A mayor energa emitida, menor ser el contraste en la imagen radiogrfica. Para ciertos radioistopos, como el cobalto y el iridio, el valor de la energa emitida es un valor promedio de los diferentes rayos y de la cantidad presente durante la emisin. Fuentes de Rayos Gamma Existe una gran variedad de radioistopos que se emplean en la radiografa industrial. No obstante, el Iridio 192, el Cobalto 60 y el Cesio 137 son los ms empleados, por lo que sern los que se estudien en este captulo con mayor amplitud. Iridio 192 El Iridio es un metal muy duro y frgil, de color blanco y pertenece a la familia del platino. Su punto de fusin es de 2350 grados centgrados y su densidad es de 22.4 gr/cmE3. El Iridio en forma natural se encuentra como dos istopos estables en una proporcin del 38% del Iridio 191 y 62% del Iridio 193. El Istopo ms ligero es el adecuado para su activacin. El Iridio 191 tiene una seccin transversal de captura de neutrones lentos de 1000 barns, por lo que no slo es mejor para producir Iridio 192, sino que tambin lo hace un buen material para absorber neutrones; como elemento natural (en mezcla isotpica), tiene una seccin transversal de captura de 470 barns. Por esta razn, la forma y tamao de las cpsulas de activacin deben ser reducidos para minimizar el efecto de autoabsorcin, ya que la mayora de los neutrones son absorbidos en las capas externas de las pastillas sin lograr activarse en su interior. Tiene una vida media de 74.3 das; su mecanismo de decaimiento es complejo y hasta el momento se conoce la emisin de 24 posibles rayos gamma, de los cuales los de 310, 470 y 600 keV son los ms importantes durante su proceso de desintegracin. Tiene una energa media de emisin de 0.335 MeV. Su activacin especfica mxima es de 20,000 MBq/g (500 Ci/g). Comnmente se prepara en forma de lentejuelas, las cuales se introducen en una cpsula de acero inoxidable. Cobalto 60 El Cobalto es un metal ferromagntico de color gris con un punto de fusin de 1480 grados centgrados y una densidad de 8.9 gr/cmE3. Es similar a sus propiedades fsicas al fierro. Esta presente como un istopo simple, el Cobalto 59, el cual es transformado en Cobalto-60 por la captura de un neutrn en su ncleo. Tiene una vida media de decaimiento de 5.27 aos, emitiendo una partcula beta y dos rayos gamma de 1.17 y 1.33 MeV, con una energa promedio de 1.2 MeV. El Cobalto tienen una seccin transversal para la captura de electrones lentos de 24 Barns, por lo que es fcil de activar. La presentacin en la cpsula es en forma de pequeas pastillas o esferas denominadas pellets, con un peso aproximado de un gramo cada uno. La

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    actividad especfica del Cobalto 60 es cercana a los 80 GBq/g (2 Ci/g), por lo que cada pastilla tiene una actividad aproximada de 40 GBq (1 Ci). Cesio 137 El Cesio es un metal de color gris, tiene un punto de fusin de 29 grados centgrados y una densidad de 1.9 gr/cmE3. Pertenece al grupo de los metales alcalinos y es el ms reactivo de ellos, por esta razn no se emplea en forma metlica sino como Cloruro de Cesio. Se conocen tres istopos de Cesio, que son: Cesio 133, Cesio 135 y Cesio 137. Se considera que el Cesio 137 es uno de los productos ms probables de las reacciones de fisin nuclear (producindose tambin Cesio 133 y Cesio 135), motivo por el cual es un producto abundante en los reactores nucleares. El problema de su obtencin consiste en separarlo del uranio y de otros productos de la reaccin nuclear, lo cual se logra al obtenerlo como Cloruro de Cesio, lo que es altamente soluble en agua; por lo que se deben tomar precauciones para encapsularlo. El Cesio 137 tienen una vida media de 30.1 aos y su mecanismo de desintegracin es muy sencillo, ya que el 92% se desintegra mientras emite una partcula beta y produce Bbario-137, que se estabiliza al emitir un slo rayo gamma de 0.66 MeV de energa. La actividad especifica mxima puede ser de 1000 GBq/g (25 Ci/g). Las cpsulas para obtener al Cloruro de Cesio en forma de sinterizado, deben ser del tipo de doble pared para evitar posibles fugas. Por sus caractersticas, el Cesio 137 se emplea actualmente como un istopo de calibracin, ya que emite un slo rayo gamma de energa constante. Existen otros radioistopos como el Tulio-170 y el Radio 225 que han cado en desuso por problemas tcnicos y de seguridad. Debido a lo anterior, no se describirn sus caractersticas. En la siguiente tabla se encuentran resumidas las caractersticas de las fuentes de rayos gamma ms comunes.

    TABLA

    Caractersticas de las Fuentes de Radioistopos.

    Cobalto Co-60 Cesio Ce-137 Iridio Ir-192 Nivel de Radiacin Rh m/Ci Rh f/Ci

    1.30 14.5

    0.32 4.2

    0.55 5.9

    Energa promedio (MeV)

    1.25

    0.66

    0.355

    Equivalente en rayos X

    2 a 3 0.20 a 1.5 0.30 a 0.8

    Vida media 5.3 aos 30 aos 75 das

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    Cobalto Co-60 Cesio Ce-137 Iridio Ir-192 Capa de Valor Medio

    (plomo)

    (acero)

    (concreto)

    12-7 mm (0.5)

    20.32 mm

    (0.8)

    60.9 mm (2.4)

    76 mm (0.3)

    ---------

    ---------

    5.1 mm (0.2)

    12.7 mm

    (0.5)

    43.2 mm (1.7)

    Penetracin (acero)

    1 a 7 1 a 3 a 3

    Tamao de la fuente

    Pequea Relativamente grande

    Muy pequea

    Actividad Especfica

    Media Baja Muy alta

    Costo Bajo Requiere doble encapsulado

    Relativamente bajo

    Otros Disponible rpidamente

    Disponible rpidamente

    No disponible rpidamente

    Las condiciones que se deben observar para elegir una fuente de rayos gamma son las siguientes: Espesor del material a inspeccionar Facilidad de transporte y almacenaje Sistemas de seguridad Convivencia en el reemplazo de la fuente Tamao de fuente Actualmente, se emplean cpsulas para poder operar de forma segura a los radioistopos, estas cpsulas son fabricadas con acero inoxidable y en algunas ocasiones con aluminio. El material debe de reunir ciertas caractersticas especiales como son: una resistencia moderada al desgasta por friccin; no corroerse fcilmente; permitir de forma ptima el paso del tipo de radiacin que emita el radioistopo; que su perforacin sea difcil y, por ltimo, que se pueda soldar fcilmente. Generalmente, las cpsulas contienen a los radioistopos metlicos en forma de pastillas, briquetas o esferas, pero tambin puede ser que stos estn en forma de sales (Cloruro de Cesio u Oxido de Talio) o gases absorbidos en un bloque de grafito (gas Radn). En cualquiera de estas presentaciones, durante el proceso de fabricacin de la cpsula, se debe prever por el radioistopo quede perfectamente compactado para que forme un punto focal lo ms pequeo y definido que sea posible. Para lograr el sello de la cpsula, siempre se emplea algn proceso de soldadura, despus del cual se efectan una serie de pruebas de hermeticidad para asegurar que existe fuga del material radioactivo. En algunos casos como es el de Cesio 137 y el Tulio 170, se emplea un doble encapsulado por seguridad y para prevenir posibles contaminaciones. Una vez preparada la cpsula, se suelda un cable de mando o un sistema de sujecin para poder

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    recuperarla por algn tipo de telemando. En la figura 12 se muestra una cpsula ya lista para su empleo.

    Fig. 12 Presentaciones de una capsula de Ir-192

    Para emplear y transportar las cpsulas de rayos gamma sin problemas de radiacin, ests son colocadas dentro de contenedores blindados hechos con aleaciones de plomo, tungsteno, uranio o de cualquier otro tipo material de alta densidad que absorba los rayos gamma que siempre emite el radioistopo; proporcionando as, una proteccin a la exposicin de radiacin. Se tienen bsicamente dos tipos de contenedores: El primero, consiste en un contenedor que siempre mantiene en su interior a la cpsula y que

    mediante algn mecanismo de giro excntrico o un tapn cnico que es removido, permite que la cpsula quede sin blindaje y la radiacin se emita. A este tipo de contenedor se le conoce como cmara de arresto o contenedor con bloqueo.

    El segundo, incorpora un control remoto que generalmente es mecnico y mediante el cual se

    mueve la cpsula, ya sea hacia afuera o hacia adentro del blindaje del contenedor. Este tipo de contenedor es ms verstil que el primero, por lo que es ampliamente usado. El control remoto permite al operador permanecer a una distancia segura de la fuente mientras manipula la cpsula.

    Los contenedores pueden permitir efectuar exposiciones panormicas o direccionales, dependiendo de su construccin. Los contenedores para exposicin panormica son aquellos en los que la fuente puede ser movida de su posicin de almacenamiento a un punto fuera del contenedor para la toma de radiografas, esto puede observarse en la figura 13.

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    Fig. 13 Equipo de exposicin radiogrfica

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    Telemando de la Fuente de Rayos Gamma.- Su funcin es mover la fuente radioactiva de su posicin de almacenaje hasta el lugar de la exposicin y su posterior recuperacin. El telemando para fuentes de exposicin panormica consiste de un cable entorchado, contenido dentro de una manguera flexible de alta resistencia que evita que el cable se atore y previene que el contenedor se ensucie o contamine en la zona del blindaje con material extrao. La manguera con el cable se guarda en un carrete que cuenta con el mecanismo de alimentacin y mando del cable, el cual es movido en forma manual por una manivela como en la figura 14, o por medio de un motor. El cable cuenta en un extremo, con un seguro para conexin con una extensin de la cpsula, a la cual se le ha denominado pit tail, y en el otro, con un seguro para prevenir la prdida de control del sistema que mueve el cable.

    Figura 14 Telemando de las Fuentes de Rayos Gamma

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    En los controles automticos se selecciona el tiempo de exposicin y se realiza sta. Transcurrido el tiempo establecido, el radioistopo es regresado al contenedor automticamente. En cualquiera de las modalidades de telemando, la longitud del cable deber ser lo suficientemente larga para que el operador reciba la exposicin mnima posible. Accesorios.- Un accesorio necesario en el uso de los contenedores de exposicin panormica es el tubo gua, cuya funcin ser dirigir al cable de mando con el radioistopo de su posicin de almacenamiento al lugar de exposicin, evitando adicionalmente la contaminacin del cable y de la cpsula. Este tubo gua est construido con un entorchado similar al del tubo de proteccin del cable de mando. En un extremo cuenta con un tope especialmente diseado para prevenir que la cpsula se salga de la manguera y al mismo tiempo, fijar la cpsula en una posicin adecuada para realizar la exposicin. Uno de estos tubos gua se muestra en la figura 15.

    Fig. 15 Tubo gua Otros accesorios que pueden emplearse con los contenedores de exposicin panormica son los llamados colimadores, los cuales son dispositivos de plomo, tungsteno o uranio fatigado que se usan para convertir el rea de radiacin de esfrica, para la exposicin panormica, en un haz unidireccional o colimado. Este dispositivo debe emplearse en lugares donde es necesario mantener las distancias de rea restringida, dentro de dimensiones aceptables.

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    Es conveniente, que una vez revisada la informacin correspondiente a los equipos de Rayos X y gamma, hacer un breve resumen de sus ventajas y limitaciones. Ventajas de los Equipos de Rayos X Las ventajas del uso del equipo rayos x en comparacin con los de rayos gamma, son: a) La emisin de la radiacin puede ser suspendida en cualquier instante, por lo que existen

    mayores condiciones de seguridad. b) Las radiografas de los rayos X presentan mejor calidad de las de radioistopos c) El blindaje necesario no es tan pesado como en el caso de un radioistopo d) En cuanto a penetracin, puede variarse de acuerdo a los diferentes espesores y tipos de

    materiales. Ventajas de los Equipos de Rayos Gamma Las ventajas del uso de los equipos de rayos gamma en comparacin con los de rayos X, son: a) El costo de equipo y de fuente es mucho menor que aquellas mquinas de rayos X de energa

    comparable. b) El equipo de un radioistopo es ms fcil de transportar que uno de rayos X. c) La fuente radioactiva es pequea, por lo que puede pasar a travs de pequeas aberturas (2.5

    cm 1 pulgada). As mismo, su versatilidad es mayor para piezas o partes con formas geomtricas complicadas.

    d) No requiere de energa elctrica, lo que permite utilizarla en reas remotas. e) Pueden realizarse exposiciones direccionales y panormicas f) El equipo es de alta resistencia y simple de operar g) Por lo general, la energa de radiacin tiene alta penetracin, lo que permite radiografiar

    espesores relativamente gruesos. Limitaciones de los Equipos de Rayos X. Las limitaciones de los equipos de rayos X, comparados con los equipos de gammagrafa con: a) Su poder de penetracin est limitado a la diferencia de potencial de salida (kV). b) Slo se pueden realizar exposiciones direccionales o panormicas sin modificar el tubo de

    rayos X. c) Requieren de energa elctrica, lo cual los limita para su empleo en zonas remotas. d) Su tamao y peso pueden hacerlos incmodos de manipular en lugares de difcil acceso. Limitaciones de los Equipos de Rayos Gamma. Las principales limitaciones de los equipos de rayos gamma con respecto a los rayos X suelen ser: a) Debido a que el radioistopo emite siempre, se requiere de condiciones de seguridad muy

    estrictas. b) El contraste radiogrfico ser menor en una radiografa con rayos gamma que con rayos X. c) La energa emitida por la fuente de rayos gamma siempre ser constante, por lo que su empleo

    ser limitado por el tipo y el espesor del material que se est radiografiando.

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    d) En el caso de fuentes de vida media corta, es necesario cambiar la cpsula con regularidad para mantener la intensidad de emisin para la exposicin a niveles adecuados.

    Como se puede concluir, cada tipo de fuente tiene sus pros y sus contras, por lo que es necesario tomar ciertas consideraciones para elegir una mquina de rayos X o una cpsula de rayos gamma. Entre tales consideraciones destacan las siguientes: Se debe definir que materiales se van a inspeccionar Cuales son los espesores mnimo y mximo de los materiales Si se requiere de instalaciones estacionarias o porttiles Como se requiere la emisin; radial o unidireccional. Una vez terminada la revisin de las fuentes de radiacin, cabe recordar lo que se mencion al inicio del presente captulo, en cuanto a que cada una, rayos X y rayos gamma, tienen sus ventajas y limitaciones. De ah la importancia de conocer perfectamente ambas y tener presente dichas caractersticas, para as elegir correctamente el equipo adecuado a las necesidades especificas de inspeccin. Para complementar la informacin hasta aqu vertida, ahora se proceder a estudiar las pelculas empleadas en la inspeccin radiogrfica, tema del siguiente captulo.

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    Capitulo 4 LAS PELICULAS RADIOGRAFICAS Y SUS ACCESORIOS Otro elemento de gran importancia en la radiografa industrial es el medio de registro de la imagen radiogrfica. Actualmente, con las innovaciones tecnolgicas se cuenta con una gama ms amplia de medios de registro, como la cinta de vdeo o los registros polaroid en papel radiogrfico; aunque, hasta la fecha sigue siendo la pelcula radiogrfica el medio ms empleado como registro permanente. Por este motivo, dedicamos un captulo a su estudio. Debido a que siempre han existido diferentes prejuicios con respecto a las pelculas, es recomendable que se lea con detenimiento este captulo. La pelcula radiogrfica consiste de una hoja delgada de plstico o acetato transparente, cubierta por uno o ambos lados de una emulsin de bromuro de plata de aproximadamente 0.0254 mm (0.001 pulgadas) de espesor. La superficie externa de la pelcula es una capa de gelatina, cuya funcin es proteger a la emulsin de posibles daos mecnicos (figura 16.).

    Fig. 16. Estructura de la pelcula radiogrfica. Las caractersticas ms importantes de una pelcula radiogrfica son: a) Velocidad de la pelcula b) Tamao de grano c) Gradiente o contraste de la pelcula Estos elementos pueden determinarse en las curvas caractersticas o sensitomtricas de la pelcula. Para una mejor compresin de este captulo, se revisarn algunos conceptos y tecnicismos propios de las pelculas radiogrficas.

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    Exposicin.- Al hablar de las propiedades de las pelculas, surge una dificultad por los diferentes significados radiogrficos del trmino exposicin, segn el contexto. Por ejemplo: Exposicin, puede usarse para designar las condiciones radiogrficas; kilovoltaje, corriente del tubo, tiempo, etc., que se usan en una tcnica determinada. Otra acepcin de exposicin se emplea para designar la exposicin de un individuo a la radiacin, en trminos de Sieverts (rems). Por ltimo, exposicin puede referirse a la medida de la cantidad de radiacin que llega a cierta rea de la pelcula. Este ltimo significado es el que se usa en este captulo. Por lo tanto, exposicin equivale tambin a la intensidad de la radiacin multiplicada por el tiempo en que acta. Exposicin significar, entonces, cantidad de energa que llega a una zona especfica de la pelcula y a la cual se debe la formacin de una determinada densidad en la pelcula procesada. En este uso del trmino, la exposicin puede especificarse en unidades absolutas (ergs/cm2 o bien, roentgens de rayos X o gamma) o en unidades relativas, caso en el que una exposicin en particular se toma como referencia y las dems se especifican en funcin de la elegida. En la mayora de los casos, el uso de la exposicin relativa es ms conveniente e igualmente til. Por tanto, las exposiciones relativas se usarn a menudo y cuando se trate de unidades absolutas se indicar con claridad. Densidad Fotogrfica.- La accin de la radiacin en una pelcula se hace evidente slo en grados variables de ennegrecimiento de la pelcula procesada. La densidad fotogrfica se refiere a la medida cuantitativa de dicho ennegrecimiento de la pelcula. Cuando no hay posibilidad de confusin, la densidad fotogrfica generalmente se conoce slo como densidad y se define con la siguiente ecuacin: D = log Donde: D = Densidad de la pelcula en el rea de inters. Io = Intensidad de la radiacin que incide en la zona particular de la pelcula procesada It = Intensidad de la luz transmitida por la pelcula. Ntese que la expresin: de la frmula es recproca de Que corresponde a la fraccin de la luz incidente transmitida por la pelcula procesada, o la transmitancia de la pelcula. La Curva Caracterstica.- El mtodo ms comn, conveniente e ilustrativo para representar la respuesta de una pelcula a la radiacin, consiste en usar la curva caracterstica (ver figura 17). A veces esta curva tambin se conoce con el nombre de curva sensitomtrica o Curva H & D (por haber sido Hurter y Driffield quienes la usaron por primera vez en 1880). Expresa la relacin entre el logaritmo de exposicin (representado ene l eje de abscisas) y la densidad resultante (representada en el eje de ordenadas).

    Io It

    Io It

    It Io

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    Fig. 17. Curva Caracterstica de Tres Pelculas Tpicas La curva caracterstica se determina al someter una pelcula particular a una serie de exposiciones conocidas y despus graficar la densidad contra el logaritmo de exposicin o de exposicin relativa. En radiografa, las relaciones de las exposiciones son generalmente ms significativas que los valores absolutos de las exposiciones mismas. Por lo que es conveniente expresar las exposiciones de la pelcula en trminos de una exposicin en particular, dando con ello una escala relativa. Lo anterior lleva directamente a la consideracin de las ventajas de usar la escala logartmica en el eje de exposicin de la curva caracterstica. Si el kilovoltaje permanece constante, las relaciones de las exposiciones de la pelcula a travs de dos secciones de distinto espesor del objeto siempre sern iguales, independientemente de los valores de la corriente del tubo (miliamperaje), del tiempo o de la distancia foco-pelcula. En una escala logartmica, como la que se utiliza en las curvas caractersticas, dos exposiciones cuya relacin es constante, estarn siempre a la misma distancia en una escala de exposiciones, independientemente de sus valores absolutos. As, dos exposiciones, de las cuales una es el triple de la otra, siempre estarn a una distancia de 0.48 en la escala logartmica de las exposiciones o de las unidades en las que se exprese la exposicin.

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    Debe subrayarse que la forma de la curva caracterstica de una pelcula expuesta a rayos X o gamma (con o sin pantalla de plomo), depende nicamente del tipo de pelcula y de las condiciones de proceso, y no de la calidad de la radiacin, por lo que tampoco depende del kilovoltaje, tiempo de radioistopo, ni de las caractersticas de dispersin del material.

    Contraste. Al hablar de la relacin entre la curva caracterstica y el contraste, deben darse una serie de definiciones. El contraste radiogrfico entre dos reas adyacentes de una radiografa es la diferencia de densidad de ambas reas. Fundamentalmente, las imgenes de dos zonas cuya absorcin de rayos X es ligeramente distinta, pueden distinguirse en la radiografa terminada nicamente por el contraste radiogrfico que existe entre ellas. El contraste radiogrfico depende principalmente del contraste del objeto como del contraste de la pelcula. El contraste del objeto es la relacin de las intensidades de rayos X o gamma transmitidas en dos puntos seleccionados del mismo (ver figura 18). En ocasiones, este contraste se define como el logaritmo de la relacin de intensidades transmitidas en los dos puntos seleccionados del objeto. Los conceptos son equivalentes y el uso de uno u otro lo determina, en gran medida, la conveniencia. Depende de la naturaleza del objeto, de la calidad de la radiacin utilizada, as como de la intensidad y distribucin de la radiacin dispersa; pero es independiente de las dems variables de exposicin como son el tiempo, el miliamperaje y la distancia, lo mismo que de las caractersticas y del proceso de la pelcula usada. Este tema se tratar ms adelante con mayor profundidad.

    Fig. 18 Efecto del kilovoltaje en el contraste del objeto.

    A y B: Son radiografas de bloques de pasos, realizadas con una tcnica de de doble pared. (A) es una pelcula relativamente rpida, para mostrar los espesores gruesos. La radiografa (B) es de una velocidad de aproximadamente un cuarto de velocidad con respecto a la radiografa A, y muestra los espesores delgados. C; es una radiografa sencilla, tomada con alto kilovoltaje. Ntese el bajo contraste que muestra la radiografa C.

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    El contraste de la pelcula se refiere a la pendiente (inclinacin) de la curva caracterstica de la pelcula. Depende del tipo de pelcula, del proceso de revelado que recibe y del nivel de densidad observado. Para propsitos prcticos, es independiente de la calidad y de la distribucin de la radiacin que llega a las pantallas intensificadoras fluorescentes o a la pelcula radiogrfica (en exposicin directa o con pantallas de plomo). Como se puede apreciar en la figura 17, la pendiente (lo pronunciado de la inclinacin de la curva caracterstica) aumenta al principio con una mayor densidad (pie de la curva). Ms adelante, en la escala media de densidades, se vuelve casi recta; y por ltimo, en las densidades ms elevadas la pendiente disminuye conforme aumenta la densidad (hombro o zona de solarizacin). La zona de solarizacin de las curvas de las pelculas para radiografa industrial se presenta a densidades muy superiores a las que se pueden apreciar en los negatoscopios comunes para uso industrial. Los cambios en la pendiente de la curva caracterstica tienen una relacin estrecha con la visibilidad de detalles en la radiografa. Por ejemplo, dos espesores ligeramente distintos en el sujeto transmitirn exposiciones ligeramente distintas a la pelcula. Entre las exposiciones habr cierta relacin, o sea, cierta diferencia del logaritmo de exposicin. Esta relacin ser constante si el kilovoltaje no sufre cambios, independientemente de los que haya en el tiempo de exposicin, el miliamperaje o la distancia foco-pelcula. Es necesario aclarar que en algunos equipos de rayos X, un cambio en el miliamperaje causar una pequea variacin en el kilovoltaje pico o en la forma de la onda de alto voltaje por razones puramente elctricas. Los cambios de este tipo rara vez son significativos en la prctica, pero en ocasiones sus efectos parecern contradecir la regla que aqu se enuncia. La diferencia de densidad correspondiente a las dos exposiciones depender del lugar de la curva radiogrfica en que queden; a mayor inclinacin de la curva, mayor ser la diferencia de densidad. Esto significa que un intervalo del logaritmo de exposicin en la parte media de la curva le corresponder una mayor diferencia de densidad que el mismo intervalo en cualquiera de los extremos. Gradiente.- Es la pendiente en un punto dado de la curva caracterstica y est relacionado con la calidad del contraste que puede proporcionar la pelcula a una densidad y distancia determinadas. Por ejemplo, si se radiografa una pieza que presenta dos regiones cuyo espesor varia ligeramente, se observar sobre la pelcula una ligera diferencia de densidades entre esas dos zonas (o sea un bajo contraste). Pero si el gradiente de la pelcula es alto, pueden emplearse exposiciones prolongadas, con lo que contraste mejorar (ya que la diferencia de densidades es mayor).

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    Figura 19. Curva caracterstica de una pelcula. El gradiente ha sido evaluado en dos puntos de la curva (relaciones a/b y a / b). Ntese que el gradiente es menor que 1.0 en la base y mucho mayor de 1.0 en la parte central.

    Fig. 19. Determinacin de los gradientes de una misma pelcula. Ahora bien, deben considerarse dos espesores ligeramente distintos de un objeto y suponer que a un determinado kilovoltaje. La parte ms delgada transmite un 20% ms de radiacin que la ms gruesa. La diferencia en logaritmo de exposicin relativa (log E) es de 0.08, y es independiente del miliamperaje, del tiempo de exposicin o de la distancia foco-pelcula. Si se toma una radiografa del objeto con una exposicin que produzca las densidades reveladas en la base de la curva de exposicin, donde el gradiente es de 0.5, la diferencia de 20% en intensidad de los rayos X ser representada por una diferencia en densidad de 0.04 (figura 20), que corresponde, a su vez, a una diferencia de 10% en la transmisin de la luz del negatoscopio.

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    Fig. 20. Efecto del gradiente en la densidad final de una radiografa. Si la exposicin es tal que las densidades quedan en la parte de la curva donde el gradiente es de 5.0, la diferencia de 20% en intensidad resultar en una diferencia de densidad de 0.4 En trminos generales, si el gradiente de la curva de exposicin es mayor de 1.0, las relaciones de intensidad (o contrastes del sujeto) de la radiacin que emergen del objeto sern incrementadas en cuanto a las proporciones de brillantez de la radiografa; a mayor gradiente, mayor ser el grado de incremento. En esta forma, con de