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1. ipen AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SAO PAULO PROJETO E IMPLANTA O DE AUTOMA O EM SISTEMAS DE IRRADIA O DE ALVOS S LIDOS L QUIDOS E GASOSOS EM C CLOTRONS VISANDO A PRODU O DE RADIOIS TOPOS SUMAIR GOUVEIA DE ARAUJO Tese apresentada como parte dos requisitos para obten o do Grau de Doutor em Ci ncias na rea de Tecnologia Nuclear Aplica es Orientador Dr Valdir Sciani S o Paulo 2001 INSTITUTO DE PESQUISAS ENERG TICAS E NUCLEARES Autarquia Associada Universidade de S o Paulo PROJETO E IMPLANTA O DE AUTOMA O EM SISTEMAS DE IRRADIA O DE ALVOS S LIDOS L QUIDOS E GASOSOS EM C CLOTRONS VISANDO A PRODU O DE RADIOIS TOPOS LE EM SUMAIR GOUVEIA DE ARAUJO Tese apresentada como parte dos requisitos para obten o do grau de Doutor em Ci ncias na rea de Tecnologia Nuclear Orientador Dr Valdir Sciani S O PAULO 2001 SOMISSAO NACION DE ENERGIA NUCLEAR SP IPs fa Ao meu marido Antonio Carlos Aos meus filhos Carlos e J ssica Com todo meu amor Ed iii AGRADECIMENTOS A Deus sobre todas as coisas Ao Instituto de Pesquisas Energ ticas e Nucleares pela oportunidade da realiza o deste trabalho Funda o de Apoio a Pesquisa do Estado de S o Paulo FAPESP pelo suporte financeiro Ao Centro de Aceleradores Ciclotron pela oportunidade de realiza o deste trabalho Ao Dr Valdir Sciani meu orientador
2. d s que est o entre os p los de um grande eletroim Este ltimo cria um campo magn tico perpendicular aos eletrodos Estes eletrodos est o ligados a uma fonte de tens o alternada de alta frequ ncia RF a qual cria um campo el trico entre eles Os ons s o acelerados fazendo uma trajet ria em forma de espiral dada pela combina o dos campos el trico e magn tico O campo magn tico for a os ions a apresentarem trajet rias circulares e perpendiculares a este campo e o campo el trico faz com que eles sejam acelerados at atingir o canal de extra o que composto por um defletor eletrost tico feito com uma chapa de cobre aterrada muito fina 0 3 a 0 7mm e um eletrodo negativo paralelo localizado a uma dist ncia de cerca de 3mm para produzir um alto campo eletrost tico necess rio 150 kV cm e extrair as ltimas rbitas da part cula Nos melhores casos somente 50 a 70 podem ser extraidos Isto adequado para uma produ o modesta de radiois topos mas est muito longe de ser suficiente para o fornecimento comercial A Figura 2 1 mostra a representa o esquem tica de um ciclotron cl ssico 15 Figura 2 1 Representa o Esquem tica de um Ciclotron Cl ssico 2 1 1 2 Ciclotrons de fons Negativos A partir da d cada de 80 come aram a ser desenvolvidos os ciclotrons H O projeto foi baseado em uma m quina cl ssica de pr ton mas a fonte de particulas era uma fonte de ons H e a extra
3. o de erros Terminadas estas simula es de irradia o a refrigera o foi desligada e a gua residual foi purgada e o alvo retirado automaticamente caindo em uma blindagem No caso do alvo s lido o sistema foi ensaiado durante a irradia o Um alvo com zinco natural eletrodepositado em placa de cobre niquelada foi submetido a irradia o por uma hora com pr tons de 24 MeV e corrente de 10uA apresentando rendimento de produ o do Ga de 0 6mCi uAh no EOB 4 3 2 2 Porta alvo Gasoso Os ensaios do porta alvo gasoso nos modos manual e autom tico tamb m demonstraram que a l gica estabelecida no fluxograma da Figura 3 29 obedeceu programada Foi dada aten o nas seguintes etapas consideradas as mais cr ticas Verifica o do fluxo e press o da gua de refrigera o do corpo do porta alvo 134 e do h lio de refrigera o das janelas Estanqueidade e teste de press o do porta alvo Transfer ncia e recupera o do g s utilizando se g s cript nio para preenchimento da c mara com press o em torno de 4 bar Aquecimento e lavagem do porta alvo Retirada do material alvo do porta alvo Comportamento das seringas acionadas pelos pist es pneum ticos com seus respectivos fins de curso Coleta no frasco final Todos os sensores tais como termopares do porta alvo dos aquecedores fins de curso dos pist es sensores de press o do g s e do h lio tiveram valores simulados e pud
4. o do usu rio diversas possibilidades 41 Agrupamentos de objetos preservando os passos de constru o Edi o de componentes internos de objetos e grupos sem desagrupar Tratamento completo para inclus o de objetos e panos de fundo do tipo bitmap Diversos tipos de janelas e di logos Suporte para inclus o de linha de status nas aplica es F cil inclus o de novos s mbolos na Biblioteca permitindo inclus o de objetos com qualquer tipo de propriedade din mica em segundos A Figura 3 31 mostra uma Biblioteca de Simbolos que serve como recurso para montar as telas gr ficas de supervis o Para escolher um s mbolo primeiramente seleciona se o grupo ao qual ele pertence no lado esquerdo da tela Para posicion lo na tela do Aplicativo basta simplesmente dar um clique na posi o desejada 98 ES Library allows bargraphs buttons common controls conveyors date amp time filebrowser frames ICONS links for nt meter mators pe ple pid pipes pumps pushbtn sliders tanks trucks Figura 3 31 Biblioteca de S mbolos do Unisoft mostrando um grupo de v lvulas A Figura 3 32 mostra uma janela de constru o e ou desenvolvimento de telas Application Builder onde pode ser visto um objeto selecionado no caso um tanque Para a edi o deste objeto necess rio acessar o icone da Biblioteca clicar na sele o desejada da lista que est do lado esquerdo desta janela e com
5. Figura 4 1 Porta alvo S lido Confeccionado 107 4 1 2 Porta alvo para Irradia o de Alvos Gasosos A Figura 4 2 mostra o porta alvo gasoso na sua geometria final conforme o projeto descrito no cap tulo anterior Na Figura 4 2 superior destacada a confec o da flange suporte da janela de Havar que foi utilizada para separar a c mara em alta press o de g s do v cuo do ciclotron FLANGE JANELA DE HAVAR E PORTA ALVO E O VISTA FRONTAL FLANGE E V LVULA Figura 4 2 Porta alvo Gasoso Confeccionado 108 A Figura 4 3 mostra o sistema de carregamento recupera o e emerg ncia do g s Pode se observar o conjunto formado pelos Dewars refrigerado com LN e cilindros pneum ticos que quando acionados permitem o congelamento do mini reservat rio de g s Este resfriamento faz com que o g s seja bombeado criogenicamente O g s fica armazenado no mini reservat rio de a o inoxid vel com SOmL de volume quantidade suficiente para realizar a carga do alvo Quando esta etapa de carga solicitada o cilindro pneum tico desce retirando o Dewar O mini reservat rio de g s aquecido por um elemento aquecedor tornando se possivel a transfer ncia completa do g s alvo O mesmo procedimento usado para o sistema de recupera o e emerg ncia do g s Este sistema foi desenvolvido para ser utilizado em irradia es de g s cript nio mas muito vers til podendo ser adaptado e empregado com outros gase
6. LIGA SOPRADOR DO ALVO Y TRANSPORTE 4 ALVO ENVIADO A HoT CELL lt ALVO PRESENTE MEDIDA DE ATIVIDADE Figura 3 28 Diagrama de Bloco da Seqii ncia de Opera o Alvo S lido B L QUIDO PORTA ALVO NA Posi o 0 BOMBA DE V CUO LIGADA ATINOE 10mbar FAZ V CUO PARA ISOLAMENTO T RMICO DA C MARA CRIOG NICA i REFRIGERA O ABRE V LVULA DE N L NIVEL DE lt NLOK A7 INJETOR VAI PARA POSI O DE CARGA CONGELA L QUIDO NO PORTA ALVO a nao a CARREGAMENTO UR ABRE VALVULA DE INTERFACE DO C CLOTRON IRRADIA O MONITORA V CUO CORRENTE E TEMPERATURA DO ALVO pa a INTEGRA O OK pa ae E A o DOSE INTEGRADA IGUAL PROGRAMADA 94 ROTA O 90 GIRA PORTA ALVO PARA COLETA ATINGE POSI O gt 900 qual Posi O PERMITE DESCONGELAR O L QUIDO AQUECEDOR E V LVULA DE N SECO LIGADOS TEMPO DE PURGA LIGA BOMBA PERISTALTICA PUXAR LIQUIDO IRRADIADO DO PORTA ALVO PURGA DE HELIO PARA TRANSPORTE INJETAR GAS HELIO PARA EMPURRAR L QUIDO MEDE ATIVIDADE Figura 3 29 Diagrama de Bloco da Seqii ncia de Opera o Alvo L quido C GASOSO CARGA DE CILINDRO DE ARMAZENAMENTO COM G S VIA M TODO CRIOG NICO LIGA BOMBA DE V CUO ATINGE 10 mbar _ rs FAZ VACUO NO ALVO JANELA D
7. o de fun es S o v rios os equipamentos interativos utilizados 2 2 1 2 Interface Homem M quina com Microprocessadores Uma t cnica bastante utilizada a de microcomputadores como interface homem m quina de sistemas controladores que t m como interface m quina processo Controladores L gicos Program veis CLPs O uso de microcomputadores na interface homem m quina produz um recurso de m ltiplas janelas muito interessante Outra vantagem dos microcomputadores a facilidade de utiliza o do v deo de f cil programa o tanto em modo gr fico como semigr fico No entanto um argumento forte o grande volume de programas de base e aplicativos escritos para ele e tamb m as placas especiais que controlam praticamente todo o tipo de perif ricos a um custo relativamente baixo principalmente se descontarmos o desenvolvimento 2 2 1 3 Configura o A configura o a tarefa de descri o do processo para os sistemas de controle Esta descri o engloba a defini o dos pontos de supervis o e controle a atribui o dos pontos aos canais de entrada e sa da do computador a defini o da estrat gia de controle a defini o das sequ ncias l gicas o desenho das vistas de opera o do sistema a escolha e o posicionamento dos elementos visualiz veis nas telas a defini o da periodicidade das malhas de controle e outros par metros do sistema A configura o equivale portanto programa o
8. o primeiro era substituir rapidamente o porta alvo de cobre niquelado fornecido pelo fabricante que mostrou um r pido desgaste adicionando impurezas de cobre o que poderia prejudicar as marca es e o segundo era conservar e economizar o alvo de H2 8O que estava em falta A demanda di ria de 13F era de aproximadamente 11 1GBq 300mCi Mudan as posteriores nos projetos dos porta alvos foram necess rias em virtude do aumento da demanda o projeto de alvo final usava apenas 0 7 0 8mL de H2180 e atingia o m ximo de 50GBgq 1 3Ci 1GBq de 18F embora o normal fosse produzir de 25 9 a 29 6GBgq 0 7 a 0 8Ci em irradia es de 45min com correntes de feixe de 15uA Projetos futuros levar o em considera o a menor import ncia de conserva o de gua e as li es de opera o e manuten o aprendidas com estes porta alvos O Neil et al 40 em 1999 descreveram as modifica es feitas em um porta alvo do tipo catraca de rev lver Este tipo de sistema pela rota o em torno de um eixo central um dispositivo que faz uso de uma saida de feixe fixa com colimador de 8mm no ciclotron RD112 da CTI Uma nica fonte de gua de refrigerac o circulava em volta dos oito porta alvos A refrigerac o da janela era fornecida por h lio que era dirigido em jatos contra ambas janelas de isolac o do alvo folha de Havar de 25um de espessura e de isolac o de v cuo folha de alum nio de 25um de espessura Cada porta alvo compac
9. 127 Modelo do relat rio desenvolvido para acompanhamento dos par metros envolvidos no processo de irradia o 128 CAP TULO 1 INTRODU O 1 1 CONSIDERA ES GERAIS O estudo continuo da energia nuclear tem proporcionado o desenvolvimento de diversas t cnicas de aplica es Dentre estas devido sua crescente utiliza o pela sociedade pode se destacar a produ o de radiois topos para uso na Medicina Nuclear em diagn stico e terapia como fontes de calibra o na metrologia e como tra adores radioativos Nos ltimos anos verificou se um r pido crescimento no uso de aceleradores de part culas para este prop sito em especial o uso de ciclotrons compactos com os quais tem se a vantagem de produzir radiois topos de meia vida curta e alta atividade especifica 1 2 3 4 5 6 7 8 Atualmente dois ciclotrons est o operacionais no Instituto de Pesquisas Energ ticas e Nucleares IPEN e s o gerenciados pelo Centro de Aceleradores ciclotron CAC um de ions positivos modelo CV 28 fabricado pela empresa Americana The Cyclotron Corporation TCC e outro de ions negativos modelo Cyclone 30 fabricado pela empresa Belga Ion Beam Applications IBA O modelo CV 28 do tipo is crono compacto de energia vari vel uma fonte de radia o capaz de acelerar pr tons p d uterons d 3He e part culas alfa a com energia m xima de 24 14 36 e 28 MeV respectivamente e est em
10. as telas foram configuradas com Software da Unisoft associando se a elas uma descri o e o endere o no CLP Este procedimento permitiu que as 122 mensagens e dados fossem mostrados nas diversas telas conforme as necessidades do processo A Figura 4 14 mostra esta rela o e como est o dispostos os dados no supervis rio InduSoft Studio Application I ags Nan E E E 2 RE Lute ae E eae TES File Edit View Insert Project Tools Window Help aelugismexisja ica SED pro fio fo econ fortis fautomatico Jo Boolean Botao Automan aa rear COMUM VENTILAGAO faorev2 JU Boolean COMANDO ABRIR V LVULA fecnav2 fo Boolean COMANADO FECHAR VALVUL Project IPEN PORTA ALVOS app A E Application Tags HE Datasheet View Tag List 369 Classes ELO Shared Tags Si ter Tag fe TT E ecun A ata Ce ae Boolean COMANDO ABRIR V LVULA 45 esmas 0 Booiean COMANDO FECHAR VALVUL w Ja rieger comuMPRNCRAL 1 eo LEAN GEES Dz fecha vt 0 Boolean COMANDOFECHAR VALVUL 19 v4 fo Integer COMUM BEAM STOPPER 20 amena fo Boolean conaNDO ABRIR VAIO 1 fecha v4 Jo Boolean COMANDO FECHAR VALVUL 22 ys fe meger COMUM REFRIL ENTRADA 23 abres 0 Boolean COMANDO ABRIR V LVULA fecha v5 Jo Boolean COMANDO FECHAR V LVUL y scs A o AP me e EST o o Figura 4 14 Rela o de vari veis e estados e disposi o dos
11. de controle neste Painel Toda a parte de controle acionamento e supervis o est localizada em um painel nico Pode ser facilmente removido para manuten o Toda a fia o est disposta em canaletas conectada a bornes al m de bornes fus veis e bornes rel s consistindo de uma instala o limpa com onde h identifica o em todo o sistema onde facilita a manuten o A utiliza o de bornes para interconex o de fia o e disjuntores e bornes fus veis para prote o do circuito facilita a instala o e permite um ganho de espa o substancial Utiliza o de mini rel s projetados e fabricados de acordo com alta tecnologia em termos de redu o de espa o e flexibilidade Bot es de Emerg ncia interrompem o processo quando aparece qualquer anomalia f sica gerada por erro de opera o de montagem da amostra As demais anomalias param sem a interfer ncia do operador A caracter stica principal desta linha de interface entre o dispositivo de automa o ou seja o CLP e os dispositivos de campo permitir a substitui o r pida dos componentes A escolha dos produtos utilizados tamb m foi sempre visando facilitar a manuten o com fixa o extra o f cil de qualquer componente Como parte principal desta Arquitetura de Hardware pode se destacar o CLP A op o para a utiliza o de um Controlador L gico Program vel permitiu obter se um sistema confi vel para o controle do p
12. do sistema de controle H in meras formas diferentes para a programa o dos sistemas da mesma forma como h in meras linguagens diferentes para a programa o de computadores Normalmente para um processo a configura o dada pelas vari veis de controle que s o extra das de diagramas da forma mais conveniente para a entrada de informa es Isto resulta no processamento de um desenho editado graficamente pela composi o de elementos b sicos como tanques bombas v lvulas e elementos de liga o entre eles 20 A linguagem de programa o da maioria de CLPs diagrama de rel s aproxima se desta filosofia por ser igual l gica convencional de programa o Linguagens de controle de processos incorporam comandos de linguagens de alto n vel e blocos funcionais descrevendo as sequ ncias do processo 2 2 1 4 Sistema de Monitora o de Par metros de Seguran a O homem tem um limite m ximo no n mero de opera es mentais acima do qual a mente sofre um tipo de bloqueio como um computador sobrecarregado Em situa es de emerg ncia comum uma avalanche de alarmes tornando se s vezes dif cil ao operador analisar todos eles e dar lhes a devida prioridade Um sistema de monitora o de vari veis cr ticas fundamentalmente um sistema Supervis rio Ele alimentado por dados coletados do processo diretamente ou por meio de algum c lculo A apresenta o das informa es hierarquizada em t
13. janela de isola o de v cuo A press o do alvo foi monitorada durante a irradia o para garantir que o material do alvo n o fosse volatilizado e verificou se que n o ocorreu nenhuma perda No caso da gua pura congelada o volume utilizado variou de 2 a 10mL A corrente de feixe m dia utilizada foi de 10uA e a m xima de 20uA A energia incidente do feixe era de 18MeV Uma enorme diferen a foi encontrada entre a gua no estado congelado quando comparada com alvos de gua no estado l quido Quando a gua estava congelada mais de 95 da atividade de 3N estava na forma qu mica de am nia para todas as doses investigadas No caso do CO congelado mais de 95 da atividade de 13N estava na forma de nitrato e nitrito Berridge et al 39 em 1999 relataram a constru o de v rios porta alvos para a produ o de 18F por interm dio da irradia o de H2180 0 5 a 1 2mL usando projetos com folha dupla e espa adores de prata O porta alvo final se mostrou normal em c clotrons de modelo Scanditronix MC 17 e foi usado para a produ o de 18F por muitos anos Estes porta alvos foram projetados para operar neste tipo de ciclotron que n o equipado com ptica de feixe externo sendo montados diretamente na porta de sa da da c mara de v cuo por onde passa o feixe O ciclotron produz pr tons com energia nominal de 17MeV com um perfil 25 de feixe largo Os porta alvos descritos aqui foram projetados com dois objetivos
14. o baseado nos objetivos da produ o observa o e estimativa do processo Shen et al 63 em 1999 apresentaram um sistema supervis rio em tempo real para processos de implanta o de ons O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema supervis rio que n o monitorasse somente o processo de implanta o de on mas tamb m soubesse direcionar o operador sobre a es apropriadas para manter a opera o em uma ocorr ncia eventual de falha Hichwa et al 64 em 1999 analisaram a automa o para a produ o de radiof rmacos De acordo com os autores os sensores e os transdutores t m sido desenvolvidos continuamente para medir diversas vari veis tais como radioatividade press o condutividade pH etc Estes dispositivos funcionam com materiais muito corrosivos em tempo real com amostras relativamente pequenas e em ambientes altamente radioativos Tradicionalmente o tempo empregado na sequ ncia de passos para o controle dos processos mas a realimentac o de sensores est sendo usada n o somente para monitorar e gravar informa es mas tamb m influir no resultado do processo Uma unidade de s ntese de radiofarmacos ideal deve operar sozinha fazer a autolimpeza ap s a opera o registrar e documentar o processo completo alertar o operador na ocorr ncia de falhas preparar para futuras s nteses e fornecer an lise estatistica e poss veis procedimentos de manuten o Estes sistemas podem ser dividido
15. o Paulo 1988 p 149 180 33 MICHAEL H ROSEZIN H APELT H BLESSING G KNIEPER J QAIM S M Some technical improvements in the production of 123 via the 124Te p 2n 23 reaction at a compact cyclotron Int J Appl Radiat Isot v 32 n 8 p 581 587 1981 34 SHEFER R E KLINKOWSTEIN R E HUGHEY B J Production of PET radionuclides with a high current eletrostatic accelerator The ECBO technologies isotope production system In IV TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY september 9 12 1991 Switzerland Proceedings Switzerland Regin Weinreich 1992 p 4 10 39 HERSCHEID J D M VAN ROOIJ L F VAN LEUFFEN P J CAMPS J A J A New High Flow Rb Kr Generator Appl Radiat Isot v 43 n 10 p 1203 1205 1992 36 LEPERA C E G DEMBOWSKI B Production of 8F Fluoride with a High pressure Disposable 8O Water Target Appl Radiat Isot v 48 n 5 p 613 617 1997 37 FISER M HANC P LEBEDA O HRADILEK P KOPICKA K Development and Production of 81Rb 8 mKr Radionuclide Generator in NPI Czechoslovak Journal of Physics v 49 Suppl S1 p 811 816 1999 38 FIROUZBAKHT M L SCHLYER D J WOLF A P FOWLER J S Mechanism of Nitrogen 13 Labeled Ammonia Formation in a Cryogenic Water Target Nuclear Medicine and Biology v 26 p 437 441 1999 39 BERRIDGE M S KJELLSTR M R Designs and use of silver 8O water targets for 8F fluoride
16. para coleta do alvo l quido Todos os componentes que est o instalados no Painel de Campo recebem e estabelecem praticamente todos os pontos de entrada e sa da digitais ou anal gicos do CLP necess rios para a automa o e controle do processo Este Painel est interligado ao n vel 2 pelas interfaces denominadas de m dulos de entrada e saida E je A j B pa oo 4 a RE We a e so E eee 2 Cay E FE ie y pe E 4 44 ne ge a tte eek E di wets gp A e i mE Ee PAINEL DE V LVULA ESQUERDO PAINEL DE V LVULA DIREITO Figura 3 23 Desenho esquem tico do Painel de Campo 78 79 Os dispositivos de Campo est o instalados em um rack m vel para facilidade de transporte e manuseio Constru do em perfis de alum nio e fechados com placas suportes que possuem prote o eletrost tica Esta estrutura modular representa uma alternativa s estruturas convencionais r gidas de a o com elementos construtivos totalmente pr montados Ela tem estabilidade s vibra es e completamente sem ru dos Nesta montagem foram empregados componentes com grau de prote o anti corrosiva para diminuir os tempos de limpeza e aumentar a confiabilidade e vida til deles al m da seguran a dos processos Produtos combinados com solu es integradas e pr montadas foram utilizados para otimiza o de espa os A escolha do produto qualidade seu desempe
17. pelo incentivo pelos conselhos e pela dedica o em todos os momentos A voc muito obrigada toda equipe da CPG pelo apoio e boa vontade no atendimento durante todo o per odo de realiza o deste trabalho A voc s muito obrigada Dra Liliane Landini pela ajuda t cnica cient fica prestada pelo apoio sempre atuante pela amizade e encorajamento durante o tempo de prepara o deste trabalho Rosemeire dos Santos Almeida pela amizade colabora o e apoio t cnico muito obrigada Ao Professor Dr Jiro Takahashi e o Sr Jos Carlos de Souza do Depto de F sica Experimental do IFUSP Instituto de F sica da Universidade de S o Paulo pelas sugest es cr ticas discuss es inestim vel colabora o na elabora o e confec o dos dispositivos mec nicos o meu muito obngada Ao Sr Rui Fernandes Oliveira do Depto de Materiais do IFUSP por suas discuss es e sugest es t cnicas na rea de Criogenia obrigada Ao Centro de Tecnologia de Radia es pela constante colabora o Ao Centro de Radiofarm cia especialmente ao M Sc Jair Mengatti pela ajuda e sugest es durante o desenvolvimento deste trabalho Ao Dr Jo o Alberto Osso Junior pelas numerosas sugest es amizade apoio e est mulo minha carreira de pesquisadora Ao IEC especialmente aos funcion rios Edno A Lenhatti Edvaldo de Oliveira Idacir Mantovani e Jos Carlos Sabino pela colabora o s Divis es de Co
18. que direta ou indiretamente contribuiram positivamente para a realiza o deste trabalho OMISS O NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR SP IPEP PROJETO E IMPLANTA O DE AUTOMA O EM SISTEMAS DE IRRADIA O DE ALVOS S LIDOS L QUIDOS E GASOSOS EM C CLOTRONS VISANDO A PRODU O DE RADIOIS TOPOS SUMAIR GOUVEIA DE ARAUJO RESUMO Atualmente dois ciclotrons est o operacionais no IPEN CNEN SP um modelo CV 28 com capacidade de acelerar p d He e a com energias de 24 14 36 e 28 MeV respectivamente e correntes de feixe de at 30uA o outro modelo Cyclone 30 acelera pr tons com energia de 30MeV e correntes de at 350uA Ambos t m o objetivo de irradiar alvos tanto para produ o de radiois topos utilizados na Medicina Nuclear por exemplo Ga 201Tl 11In 123 e 18F como para pesquisas em geral Procurou se nesse sentido o desenvolvimento de sistemas de irradia es completamente autom ticos sempre visando a redu o da exposi o de trabalhadores radia o e aumento da confiabilidade de utiliza o destes sistemas uma vez que esperam se atividades alt ssimas envolvidas nestes processos Na automa o utilizou se um Controlador L gico Program vel CLP ligado a uma malha de realimenta o para gerenciar todas as vari veis envolvidas nos processos das irradia es A programa o do CLP foi desenvolvida utilizando se o Software Simatic S7 da Siemens onde todas as etapas s o supervisionadas em te
19. 1 1AA00 OAAO Dois m dulos de 32 entradas digitais 24 Vdc c d 6ES7321 1BLOO Dois m dulos de 32 sa das digitais 24 Vdc c d 6ES7322 1BLOO Dois m dulos de 8 entradas anal gicas c d I U 6ES7331 7KFO1 AOBO Dois M dulos c 32 entradas digitais 24Vcc c d 6ES7321 1BL00 Fonte de alimenta o filtrada DE 24VDC 5A Disjuntor de entrada Medidores de temperatura Contatores disjuntores termomagn ticos para acionamento de motores Bot o de emerg ncia Contatores e fusiveis para acionamento das v lvulas Bornes e conectores Cabos de conex o Neste Painel est o inclu dos os acionamentos para Bomba e v lvulas para v cuo Exaustor para transporte do alvo s lido e bomba perist ltica para transporte do alvo l quido Motor compressor para refrigera o com h lio Posicionador Injetor para carregamento do porta alvo l quido Cilindros pneum ticos das seringas de coleta de material irradiado utilizado no alvo gasoso 87 Valvulas de entrada saida purga de agua e para carregamento do porta alvo gasoso Controladores de n vel para nitrog nio l quido e controladores de pot ncia para aquecedores Medidor e controlador de v cuo V lvulas do Beam Stopper interface do ciclotron ventila o para quebra de v cuo Mais especificamente o Painel de Controle um rack do tipo PC compacto confeccionado em uma pe a nica com portas
20. 1 Alvos S lidos No caso de alvos na forma s lida o material ideal deve ter alta estabilidade alto ponto de fus o alta condutividade t rmica que permita uma transfer ncia de calor eficiente na interface do alvo e suporte Por exemplo no caso de alvo eletrodepositado para melhorar a transfer ncia de calor coloca se o alvo com uma determinada inclina o e n o perpendicular em rela o ao feixe incidente Isto proporciona uma menor densidade de corrente efetiva corrente distribu da numa rea maior e uma espessura menor de material eletrodepositado Al m de alvos met licos xidos carbonatos e outros compostos qu micos que s o termicamente est veis podem tamb m ser utilizados em alguns casos sais fundidos NaCl 415 19 22 23 Normalmente quando o material usado na forma met lica alvos eletrodepositados a refrigera o 2x suficiente isto refrigera o na parte posterior da placa suporte No caso de materiais com baixa condutividade t rmica por exemplo xidos a refrigera o 4r necess ria ou seja tamb m na parte frontal do alvo 21 Um exemplo de alvo s lido com refrigera o 4r o utilizado para a obten o do 12 a partir do material alvo TeO gt enriquecido em 124Te e fundido em placa de platina Por ser um xido n o um bom condutor de calor 24 12 2 1 2 1 2 Alvos L quidos Diversas caracter sticas podem ser mencionadas para que um composto l quido possa s
21. 28 tamb m era feita de Ti 0 05mm de espessura O ciclotron Scanditronix de Hannover Alemanha fornecia feixes de pr tons de 17MeV de energia 2 3 2 Sistema de Automa o 2 3 2 1 Automa o Geral A automa o vem desempenhando um papel cada vez mais marcante no controle de processos em geral Clements Jewery et al 49 em 1996 descreveram os Controladores L gicos Program veis CLPs como a principal ferramenta para o controle de equipamentos em uma variedade de ind strias desde que foram introduzidos em 1969 Eles t m se desenvolvido extensivamente tanto em Hardware como em Software e se tornaram mais baratos menores mais confi veis e muito mais capazes que seus predecessores Os CLPs t m sido usados em quase todas as ind strias incluindo processamento qu mico usinas de energia ind strias automotivas de computadores aeroespaciais na agricultura etc em testes e fabrica o Esta popularidade tem sido em grande parte em virtude dos avan os na tecnologia da computa o Estes avan os t m permitido o uso de algoritmos cada vez mais sofisticados e t m fornecido capacidade para controlar opera es de alta velocidade Assim os CLPs t m sido usados em um espectro amplo de aplica es Rull n et al 47 em 1997 compararam os CLPs com os Computadores Pessoais PCs para utiliza o em controle de processos Os CLPs foram projetados para substituir os pain is de controle com rel s Os pain is
22. Dispositivo Mec nico de Rota o do Porta Alvo Liquido 67 Figura 3 17 Processo de Controle do Porta alvo S lido oooooococcnccocarccn 69 Figura 3 18 Processo de Controle do Porta alvo GASOSO oocccoccocccconcononcnconos 70 Figura 3 19 Processo de Controle do Porta alvo L quido ooocococcncconccnocono 71 Figura 3 20 Diagrama de Blocos do Sistema Integrado utilizado no Desenvolvimento da Automa o sss sessersessessssssessseressesee 72 Figura 3 21 Pir mide do Sistema de Automa o coococconccncncnnroncnnannanacanonnnos 73 Figura 3 22 Arquitetura do Hardware com os tr s n veis aplicados neste PROMO ras cerdas anais saida Emi A ER CA 76 Figura 3 23 Desenho esquem tico do Painel de Campo oococcccccnccncncononcnnnnoos 78 Figura 3 24 Esquema do CLP SIMATIC S7 300 da Siemens aplicado neste DTO O in aa 84 Figura 3 25 Exemplo de Configura o T pica da Linguagem Ladder para parte da etapa da carga do porta alvo gasoso c ecc 90 Figura 3 26 Exemplo de Configura o T pica da Lista de Instru es para parte da etapa da carga do porta alvo gasoso oocooconnccncncono o 91 Figura 3 27 Configura o T pica do Diagrama de Blocos de Fun o para parte da etapa da carga do porta alvo gasoso oocooconcnccccnncnnancnnannnoos 92 Figura 3 28 Diagrama de Bloco da Sequ ncia de Opera o Alvo S lido 93 Figura 3 29 Diagrama de Bloco da Sequ
23. Figura 3 26 Exemplo de Configura o T pica da Lista de Instru es para parte da etapa da carga do porta alvo gasoso Diagrama de Blocos de Fun o Tamb m uma representa o gr fica da linguagem de programa o STEP 7 Esta sintaxe utiliza blocos l gicos similares aos utilizados em lgebra Booleana para representar fun es l gicas usada por profissionais de alta experi ncia em programa o de CLP uma vez que fun es complexas podem ser representadas diretamente em conjunto com os blocos l gicos otimizando o programa e tornando o mais funcional por m com menor compreens o para usu rios com conhecimentos restritos na rea A Figura 3 27 mostra a configura o t pica da linguagem de Diagrama de Blocos de Fun o referente mesma etapa da carga do alvo gasoso mostrada nas Figuras 3 25 e 3 26 82 92 IEA AAA RAEE T Fie Edt inset PLC Being Mew Options Window peg ETAPAS na ABERTA y3 Q 3 VACUO 3 REFRIG ETAPA6 7 Figura 3 27 Configura o T pica do Diagrama de Blocos de Fun o para parte da etapa da carga do porta alvo gasoso Para a utiliza o desta ferramenta de programa o necess rio empregar um microcomputador pessoal com processador Pentium 16Mbytes de mem ria RAM sendo o recomend vel o de 32 Mbytes com monitor colorido de 256 cores teclado standard e mouse O sistema operacional deve ser Windows 9x 2000 ou NT Quanto unid
24. USADOS NO PROCESSO DOS TRES PORTA ALVOS ci stereo eecterisitictescaco oetistenintoststsea rn 68 3 5 AUTOMA O DO SISTEMA DE IRRADIA O DE ALVOS S LIDOS L QUIDOS E GASOSOS oscscocionconnici ici 71 25 1 Descri o do SISTEMA A AA ETA AAA 71 3 5 2 Desenvolvimento e Montagem do SiSteMU ocoocoocconccnnorncnonecnnononoso 72 3 5 3 Arquitetura do Sistema de Automa o cooccocccoccccnocnoncnonencnocancnnnanonono 72 3 5 3 1 Arquitetura do Hardware ccoccccccnccncnccncnancnonocanincnornon 76 3 5 3 1 1 Arquitetura do Hardware nivel 1 Controle dos EQipamentos oooi situ pata MELL Coma ia p cages 76 3 5 3 1 2 Arquitetura do Hardware n vel 2 Controle do PLOBESSO 500 rr OT TNA RATO ARA 82 3 5 3 1 3 Arquitetura do Hardware n vel 3 Gerenciamento do Processa ii aa as Lg 87 3 0 3 2 Arquitetura do Software caem iesrecip aceso cancro taster eect se 89 3 5 3 2 1 Arquitetura do Software n vel 2 Controle do PROCESSO Li ia E aU or 89 3 5 3 2 2 Arquitetura do Software n vel 3 Gerenciamento do PEOCENSO ss arara a a 96 3 6 TESTES OPERACIONAIS c ccccccccccccccccccccscccnccccccccccccscccccoesces 101 3 6 1 Testes Operacionais do Sistema de Automa o ccieeres 101 GGl 1 Testes tim Vazio Lapas were sagen CAS ar ed oda 102 3 0 Li Testes CAM Care sir ae iaa dl IEA 103 3 6 2 Instala o do Sistema no Ciclotron CV 28 cooioccocnccccncnonocnanconcnncnnnano 103 3 6 3 Ensaios c
25. dados no supervis rio Ap s o desenvolvimento destas sequ ncias de procedimento o Software do sistema supervis rio estava em condi es para ser colocado em opera o A Figura 4 15 mostra a tela j constru da para o gerenciamento do processo do porta alvo l quido Nela pode se observar em qual etapa est o processo que no caso est na etapa de Rota o Pode se visualizar na parte inferior direita a tecla Comando que quando acionada possibilita a atua o do operador para Sele o do Alvo Comando de Reset Comando Manual Autom tico e Comando liga desliga No lado esquerdo observa se uma janela de v lvula no caso v lvula V2 que aparece somente no comando manual uma janela semelhante aparece sempre quando qualquer componente 123 for acionado ficando a janela localizada sobre o componente solicitado O alvo que estiver acionado ficar apagado na tela parte inferior Isto n o impede que a tela dos dois outros alvos s lido e gasoso possam ser selecionadas pelo operador apenas para visualiza o ALVOS LIQUI DOS PROCRAMADO ANE sti ELI ETAPA ROTACAO Figura 4 15 Tela constru da para o gerenciamento do processo de irradia o de alvos l quidos etapa de Rota o Nas Figuras 4 16 e 4 17 podem ser visualizadas as telas constru das para o gerenciamento dos processos dos porta alvos gasoso e s lido respectivamente Pode se notar que na Figura 4 16 com
26. de g s utilizada devem ser selecionadas de modo que o intervalo de degrada o de energia do feixe ao longo do g s coincida com o intervalo mais conveniente da fun o de excita o para a produ o do radiois topo desejado Com a utiliza o de alvos gasosos podem ser 13 E E a 5 iz pa roduzidos radiois topos emissores B como C O e tamb m F pela rea o p p p 20Ne d a 18F 2 1 2 2 Sistemas de Alvos Utilizados em Ciclotrons A tecnologia relativa a alvos para irradia es em ciclotrons destinados produ o de radiois topos usados em medicina nuclear est suficientemente avan ada Qaim 416 fez uma revis o destes sistemas usados rotineiramente dividindo os em dois grupos principais Os alvos para irradia es com feixes internos e com feixes externos ser o descritos a seguir 2 1 2 2 1 Sistemas para Irradia es com Feixes Internos Como o pr prio nome sugere as irradia es com feixes internos s o feitas no tanque principal do ciclotron nas ltimas rbitas do feixe antes que ele seja extraido Este tipo de sistema importante em ciclotrons de ions positivos que utilizam defletor eletrost tico o qual limita a intensidade de corrente extra da Devido a dificuldades pr ticas relacionadas com a instala o de sistemas de irradia es no interior do ciclotron n o s o irradiados com feixe interno os alvos l quidos e os gasosos Normalmente s o utilizados metais alvos eletrodepositados
27. de sensores eram devidamente acompanhados no monitor 4 3 3 Considera es Gerais Esta pesquisa proporcionou utilizar uma tecnologia atual pela necessidade de se estudar detalhes alternativos e solu es de ltima gera o na rea de automa o industrial Este processo de automa o abrangeu uma variedade de par metros de interface homem m quina desde Pain is de Controle e Campo at a Arquitetura dos Softwares englobando sua programa o e permitindo atender as necessidades espec ficas Para o desenvolvimento da automa o do sistema de irradia o de alvos s lidos l quidos e gasosos foram pesquisados dispositivos que combinassem tanto a tecnologia de ponta do mercado internacional como a realidade da ind stria brasileira buscando sempre proporcionar a melhor rela o custo benef cio e procurando solu es especiais de acordo com as necessidades de cada aplica o Os tr s porta alvos foram montados na parte superior do Painel de Campo e acoplados diretamente na linha de feixe Esta proximidade do Painel uma tend ncia que vem sendo adotada nos sistemas de produ o de radiois topos que cont m todos os componentes envolvidos no processo permitiu que a interliga o fosse feita com o menor comprimento de tubos e ou mangueiras Isto importante tanto no transporte do material alvo como na efici ncia de v cuo Tamb m pode se destacar a melhoria da refrigera o tubula o curta e seguran
28. do Sistema Integrado utilizado no Desenvolvimento da Automa o 3 5 3 Arquitetura do Sistema de Automa o A arquitetura do sistema desenvolvido utiliza as mais modernas tecnologias e t cnicas de controle existentes no mercado mundial Nos ltimos 10 anos a concep o de sistemas de controle mudou radicalmente Eles devem possuir n o somente o controle f sico do processo mas tamb m proporcionar aos 73 usuarios operadores ou equipe de manuten o informa es intr nsecas ao controle tornando os sistemas do tipo user friendly altamente integrados Os equipamentos mais modernos s o flex veis proporcionando rapidez nas mudan as ou melhorias do processo com custo cada vez mais baixo Outro fato importante nesta evolu o foi a miniaturiza o dos equipamentos de forma que sistemas altamente complexos necessitam pouco espa o para a sua instala o facilitando muito a opera o e manuten o A Interface Homem M quina IHM antigamente executada por sistemas do tipo mosaico de sinaliza o ou pelos antigos quadros sin ticos hoje s o ricos de informa es e totalmente interativos com os usu rios desenvolvidos em microcomputadores e apresentados em monitores de v deo de alta resolu o e com informa es digitais e anal gicas atualizadas online 82 72 Seguindo esta linha o sistema desenvolvido possui tr s dos quatro n veis n veis 1 2 e 3 da pir mide universal dos sistemas de controle mo
29. e em qualquer anomalia durante o processo uma realimenta o tenta corrigir o defeito ou um alarme indica a ocorr ncia da anomalia Assim durante o processo ocorrendo um travamento no sistema o controle tenta a corre o deste defeito ou falha sem que o processo deva retornar novamente a seu in cio O operador tem a op o de passar o comando para manual e tentar corrigir o defeito sem que a sequ ncia do processo seja alterada Esta informa o de anomalia dada por meio de um sinal sonoro e de informa o escrita na tela sempre que algo n o acontecer como o previsto pelo operador No modo manual h tamb m a possibilidade de se fazer manuten es rotineiras sem necessidade de ligar todo o sistema O sistema possui diversas vantagens a saber Condi es de controle em tr s linhas independentes caso haja necessidade sendo uma para cada tipo de alvo Sistema de controle unificado para os tr s tipos de alvos em diferentes geometrias Seguran a operacional e confiabilidade Redu o significativa da taxa de exposi o a que o trabalhador fica submetido Retirada autom tica do alvo com gerenciamento e supervis o por meio do computador Indica o da incid ncia do feixe no alvo com controle de sua homogeneidade e perfil por interm dio das correntes nos colimadores e quatro setores Controle da temperatura e press o no alvo durante a irradia o 138 Diversas caracter sticas podem se
30. e ligas que possuem boa condutividade t rmica O feixe interno n o permite desfocaliza o e seu posicionamento no alvo pode apresentar algumas dificuldades considerando se particularmente irradia es com diferentes part culas Neste caso a utiliza o de um termopar pode auxiliar a superar esta dificuldade Diversos radiois topos podem ser produzidos com feixe interno por exemplo Ga Br In Tl etec 2 1 2 2 2 Sistemas para Irradia es com Feixes Externos A maior parte das irradia es em ciclotrons que visam a produ o de radiois topos para medicina nuclear feita utilizando feixes externos onde existe mais versatilidade na forma do feixe extra do do que no feixe interno 14 Neste caso torna se poss vel o uso de sistemas de desfocaliza o e varredura para o feixe com a finalidade de diminuir a densidade de pot ncia kW cm efetiva no alvo isto tornar o feixe homog neo Com o feixe externo podem ser irradiados materiais nos tr s estados f sicos s lidos l quidos e gasosos A escolha da forma fisica do alvo depende de uma s rie de fatores dentre os quais o tipo de ciclotron dispon vel que determina os tipos de part culas aceleradas e a a i aa os 12 energia delas e o rendimento da rea o Um caso t pico o I que pode ser produzido por in meros processos 27 utilizando se alvos s lidos e gasosos No 1237 produzido por processos diretos sendo que
31. g s foram soldadas no corpo do porta alvo Assim a conex o de todas as partes do porta alvo permaneciam em contato com o g s durante a irradia o e era feita sem nenhum o ring A c mara do alvo era refrigerada com gua a 20C e a janela refrigerada separadamente com gua a 6 C Todas as irradia es foram realizadas no ciclotron compacto CV 28 de J lich Alemanha usando um feixe de pr tons focalizado de 16MeV Utilizando se alvo gasoso enriquecido em 180 97 em irradia es de 120min e corrente de feixe de 20uA foram produzidos at 34GBq 919mCi de 8F F gt e atividades espec ficas de 350 a 600GBq mmol 9 46 a 16 22Ci mmol ambos medidos 30min ap s o fim do bombardeamento Helmeke et al 4 em 2001 relataram a produ o de 18F pela rea o 18O p n i8F com gua enriquecida em 180 Ainda mencionaram que a produ o deste radiois topo bem estabelecida no mundo inteiro mas a transfer ncia de calor ainda um ponto cr tico quando altas correntes de feixe s o usadas para aumentar a atividade produzida em um intervalo de tempo razo vel de irradia o Portanto implantaram um sistema de varredura do feixe com at 3cm no plano horizontal monitorado por uma TV que permitiu utilizar correntes de 30uA por lhora em irradia es feitas diariamente extendendo o per odo de manuten o para mais de seis meses A c mara do alvo foi confeccionada em Ti em formato oval com volume de 2 06mL A janela do alvo
32. gaveta faz a interface ciclotron Sistema de Irradia o b colimador de quatro setores consiste de quatro blocos met licos normalmente em alum nio isolados eletricamente da linha e entre si permitindo a medida de corrente nos quatro quadrantes simultaneamente c Beam Stopper possibilita a otimiza o do feixe antes de atingir o material a ser irradiado Geralmente de acionamento pneum tico d porta alvo propriamente dito dispositivo onde o material a ser irradiado alvo fixado A Figura 3 8 mostra o distribuidor magn tico linhas de feixe e local onde foram instalados os sistemas de irradia o no ciclotron CV 28 do IPEN CNEN SP Em geral os sistemas de irradia o s o constitu dos de uma pr c mara na qual s o acoplados os porta alvos e os respectivos alvos s lido l quido ou gasoso Estes porta alvos e alvos recebem uma prepara o inicial antes de serem irradiados sendo confeccionados de tal modo que suportem operar em v cuo e possam ser refrigerados pois h uma grande gera o de calor devido ao feixe Durante a irradia o a press o interna no alvo e na janela folha met lica refrigerada com g s H lio ou gua que separa o alvo da linha de feixe devem ser controladas porque com o aumento da temperatura no alvo h um aumento da press o que pode causar o rompimento da janela ou volatiliza o do alvo Tamb m durante a irradia o deve ser medida e controlada a corrente de feix
33. geral A proposta apresentada possui diversos pontos que devem ser enfatizados Sistema totalmente autom tico unificado para todos os tipos de alvos s lidos l quidos e gasosos Corre o autom tica de valores da faixa preestabelecida ou dispositivo de alarme quando a anomalia n o puder ser automaticamente corrigida No caso de ocorrer uma anomalia isto se algum dado de realimenta o ao controle central apresentar valor fora da faixa preestabelecida primeiro o sistema tenta corrigir esta falha caso contr rio um alarme indica a anomalia Algumas falhas que podem ocorrer s o por exemplo preenchimento incompleto da c mara de um alvo l quido defici ncia de refrigera o aumento de temperatura e press o etc Entende se duas opera es nesse exemplo e programa de controle tentar corrigir mas n o tecnicamente poss vel e alarme indica anomalia e consequente interfer ncia do operador Os sistemas comerciais nem sempre apresentam uma confiabilidade em termos de seguran a operacional do tipo realimenta o de dados confirmando que a sequ ncia de opera o foi completada Exemplo No sistema de controle para irradia o de gua visando a produ o de 8F fornecido pela Ion Beam Applications B lgica e adquirido pelo IPEN o preenchimento do alvo feito durante 120 segundos Durante este tempo aparece na tela do computador a v lvula para enchimento aberta mas apenas uma indica o
34. janelas com gas h lio e corpo do porta alvo com agua desmineralizada 3 Carregar o alvo com o gas a ser irradiado 4 IRRADIAR 5 Recupera o do gas alvo enriquecido via m todo criog nico 6 Retirar produto radioativo isolado nas paredes do porta alvo com a introdu o de vapor 7 Coletar a gua condensada contendo o produto radioativo 8 Transporte para a c lula de manipula o O esquema da Figura 3 18 ilustra o processo para o controle do porta alvo gasoso 70 Figura 3 18 Processo de Controle do Porta alvo Gasoso c Fases do processo para controle do alvo liquido Procedimento l Fazer pr v cuo na c mara criog nica e em seu encapsulamento isolante t rmico para o nitrog nio l quido 2 Preencher c mara criog nica com nitrog nio l quido para refrigerar e congelar o alvo 3 Carregar o alvo com sistema injetor 4 IRRADIAR 5 Girar o porta alvo em 90 6 Purgar o nitrog nio l quido 7 Coletar o material irradiado com uma bomba perist ltica 8 Transportar o alvo para a c lula de manipula o O esquema da Figura 3 19 representa o processo de controle do porta alvo liquido OMISSAO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR SP rr 71 Sistema de V cuo de brinco Coleta Figura 3 19 Processo de Controle do Porta alvo L quido 3 5 AUTOMA O DO SISTEMA DE IRRADIA O DE ALVOS S LIDOS L QUIDOS E GASOSOS 3 5 1 Descri o do Sistema Al m da constru o dos tr
35. linhas externas para n o sobrecarregar a figura ph EE AR I Figura 3 4 Trajet ria da part cula no Cyclone 30 para diferentes n veis de i 4 q a iare sessi EPE E PIE A AE IS E TAE 8 Figura 3 5 Desenho esquem tico do Cyclone 30 mostrando todos os seus sistemna IA APP AI A PEN PR 51 Figura 3 6 Cyclone 30 instalado no IPEN CNEN SP quando ainda estava nas depend ncias da f brica da IBA na B lgica EE 52 Figura 3 7 Localiza o dos Ciclotrons CV 28 e Cyclone 30 do IPEN CNEN SP Figura 3 8 Distribuidor Magn tico Linhas de Feixe e Local onde foram montados os Sistemas de Irradia o do Ciclotron CV 28 do IPEN NENA ta 56 Figura 3 9 Diagrama esquem tico de um Sistema t pico de Irradia o de Figura 3 10 Desenho esquem tico do Porta alvo para Irradia o de Alvos Figura 3 11 Desenho esquem tico do Porta alvo para Irradia o de Alvos Gasosos Poe PORE OIM A TAR AA EOE PN AEE AN 61 Figura 3 12 Sistema de bombeamento do g s via m todo criog nico com dewar de a o inoxid vel acionado por um cilindro pneum tico 62 OMISSAD NACIONAL CE ENERGIA NUCLEAR SP Lis dg Figura 3 13 Sistema de gera o de vapor lavagem e coleta do alvo 63 Figura 3 14 Desenho esquem tico do Porta alvo par Irradia o de Alvos BIQUA OS ubicada 64 Figura 3 15 Esquema da c mara de isolamento e acoplamento do porta alvo a dama A a A in aaa 66 Figura 3 16
36. montes Campo fraco vales Pot ncia nas bobinas Peso fred N mJ 0 12 T 7 2 kW 45 ton Sistema de Controle Software Software In Touch Software Simatic S5 Hardware Controlador L gico Programavel CLP compativel PC IBM nula Blu ln Hipo Q O A x ACI RF Sistema conectados no centro Pot ncia RF dissipada Por d Acelera o do feixe Fonte de Ions Externa Pot ncia do filamento ID no de vida do filamento Externa __ Pe A Pot ncia do Arco 5 std cc min O std cc min Polarizac o da fonte 8kW II Corrente de H m ximo EO TA 65 5 MHz w ULTICUSP ar a O E 5 o EEE BI o EE alale E E o O a a y gt FI 8 sisi Ea B 53 54 iiie HAP TTT VT TE E Figura 3 7 Localiza o dos Ciclotrons CV 28 e Cyclone 30 do IPEN CNEN SP 99 3 2 SISTEMA DE IRRADIACAO DE ALVOS Os sistemas de irradia o de alvos devem ser projetados de tal forma que facilitem as opera es reparo de janelas que separam o alvo do v cuo do ciclotron manuten o no sistema de refrigera o do suporte dos alvos etc tornando poss vel suas execu es no menor tempo poss vel Estes sistemas s o colocados no final da linha de transporte do feixe em uma das sa das ap s o distribuidor magn tico de feixe Um final da linha de feixe t pico cont m os seguintes dispositivos na respectiva sequ ncia a uma v lvula de feixe Beam Gate esta v lvula do tipo
37. ncia de Opera o Alvo Liquido 94 Figura 3 30 Diagrama de Bloco da Sequ ncia de Opera o Alvo Gasoso 95 Figura 3 31 Biblioteca de S mbolos do Unisoft mostrando um grupo de Figura 3 32 Biblioteca de S mbolos do Unisoft mostrando uma janela de constru o e ou desenvolvimento de telas ooooconononccnnonanos 99 Figura 4 1 Porta alvo S lido Confeccionado ocoorncccccnncncnccananonnnncnanananananas 106 Figura 4 2 Porta alvo Gasoso Confeccionado cccccccoccccccnconncononconnnnranancananoss 107 Figura 4 3 Sistema de Carregamento Recupera o Emerg ncia do G s Figura 4 4 Porta alvo L quido Criog nico Confeccionado 109 Figura 4 5 Sistema Injetor de Pressuriza o de gua em forma de Spray 110 Figura 4 6 Dispositivo Mec nico para Rota o do Porta alvo Liquido 110 Figura 4 7 Vistas laterais frontal e traseira do Painel de Campo 111 Figura 4 8 Terminais de V lvulas do Tipo CPV ci cessar 112 Figura 4 9 Painel de Controle dos Sistemas de Irradia o de Alvos S lidos Liquido GASOSOS jus iii nisso a DOS cias asa a 113 Figura 4 10 Montagem da Arquitetura do Hardware n vel 3 utilizado no Gerenciamento do Processo de um alvo oooooooocooormormarcecos 115 Figura 4 11 Tela da Abertura do Projeto Configura o do Hardware e Lista com Defini es de ENderecos oooocococnccccnornonocccorancon
38. o dos dados defini es de hardware e sistema de comunica o Defini o dos Endere os de Mem ria no software STEP 7 trabalha se com endere os de sinais de entrada e sa da bits de mem ria internos contadores temporizadores blocos de dados e blocos de fun o Estes endere os absolutos podem ser acessados por m o programa ser de melhor compreens o se forem usados tags associadas a estes Um endere o pode ser acessado e localizado pelo endere o absoluto 11 1 M2 0 FB21 etc ou por seu tag normalmente representado pela sua fun o no programa como por exemplo Motor A ligado Cria o de Blocos de Fun o desenvolvimento do programa propriamente dito utilizando uma das op es de linguagens apresentadas Documenta o do Software o programa melhor compreendido se for rico em coment rios isto muito bem documentado O STEP 7 tem meios de executar estes coment rios com aux lio de recursos em cada passo da programa o Diagn stico e Teste o STEP 7 permite que seja feito um teste no programa criado fazendo uma verifica o na sintaxe na l gica e no diagn stico A Figura 4 11 mostra as telas das primeiras 4 etapas descritas anteriormente As vantagens desta configura o s o destacadas a seguir Configura o e programa o integrada nos mais diversos sistemas Uma vez adquirido o know how este pode ser utilizado para os v rios modelos de controladores SIMATIC em todos os n v
39. o obtida com uma efici ncia muito pr xima de 100 por meio de uma folha fina de carbono Stripper que troca a carga do ion negativo passando de H para H Esta mudan a de carga faz com que a for a magn tica passe a atuar em sentido oposto desviando o feixe para fora do tanque As primeiras m quinas demostraram sua efici ncia com 200 uA facilmente extra dos e tamb m com a possibilidade de se irradiar dois alvos simultaneamente em sentidos opostos Uma grande variedade de aceleradores pode ser usada na produ o de radiois topos como pode ser visto na Tabela 2 2 15 22 Tabela 2 2 Tipos de Aceleradores 19 Energia Pr tons Radiois topos Classifica o Caracteristicas mais ipdaridos Part cula nica nivel I p ou d lt 11 11C 18N 150 18F ou nica p 123 67Ga j 38K 73Se 75 77Br Particula m ltipla 1231 67Ga 109Cd nivel 111 ou nica lt SIRb 8 Kr 11 In p d He He 201T1 22Na 57Co Part cula m ltipla 123 72Se 72As n vel IV ou nica lt 82Sr 82Rb D d He 3He a 117mSn E 26A1 3251 Ti P 82Sr 82Rb etc Os ciclotrons de tamanho m dio n vel III E lt 40 MeV s o particularmente importantes pois muitos radiois topos comumente empregados em Medicina Nuclear tais como Ga 111In 123 e 201T s o produzidos em aceleradores deste tipo Nesta classe est o inclu dos os dois ciclotrons instalados no IPEN 2 1 2 Alvos Um dos problemas fundamentais n
40. o plano m dio do ciclotron Um inflector eletrost tico localizado no centro da c mara desvia o feixe injetado para sua trajet ria inicial de acelera o O Cyclone 30 acelera os ons H e a extra o do feixe realizada por uma folha fina de carbono stripper foil que arranca os dois el trons do on H invertendo assim a carga da part cula produzindo o feixe de pr tons Os ons resultantes carregados positivamente s o ent o naturalmente curvados para fora por um campo magn tico passando por um canal magn tico O feixe obtido por este m todo garante virtualmente uma extra o de quase 100 do feixe acelerado Cada folha de carbono pode suportar aproximadamente 40 000 uAh de carga A folha de carbono fixada em um suporte pode ser substitu da sem necessidade de ventilar o ciclotron e sem a interven o do operador na caverna Isto vi vel porque o Cyclone 30 possui dois dispositivos de carregamento autom tico cada um contendo 11 folhas de carbono prontas para serem automaticamente substitu das na posi o de irradia o Tanto a substitui o como o posicionamento da folha de carbono na c mara de acelera o s o feitos remotamente via CLP O sistema de extra o tamb m permite a extra o de dois feixes simult neos dispostos a 180 por meio de ajuste da posi o das folhas O bombeamento de v cuo da c mara acelera o do Cyclone 30 feito com duas bombas criog nicas localiz
41. outra tecnologia que pode ser usada a dos PCs por m existem desvantagens de seu uso quando comparados aos CLPs Os PCs comerciais n o s o projetados normalmente para suportar choque vibra o temperatura e ruido el trico frequentemente encontrados em uma f brica Ainda que o Hardware que reune estas condi es ambientais seja facilmente dispon vel para CLPs e PCs isto pode aumentar o custo de implanta o do controle baseado em PC Os PCs podem n o ser eficazes em termos de custos para aplica es com poucos pontos de entrada sa da I O o que ocorre em 90 do mercado mas s o vistos como solu es para sistemas mais complexos com muitos pontos de I O e estrat gias complexas de controle A interface de I O baseada em PC pode ser um tanto cara e mais dif cil para implantar que para CLPs Estes ltimos s o mais r pidos para reiniciar do ponto em que foram desligados ap s uma falta de energia e t m melhor habilidade para reter dados Sonnleitner 48 em 1997 ressaltou a import ncia da automa o em processamentos biol gicos sob diversos pontos de vista em aspectos cient ficos pr ticos e rotineiros Um processo biol gico automatizado conveniente e pr tico evita aborrecimentos e as tarefas rotineiras podem ser mais eficientemente e convenientemente manuseadas por m quinas Portanto o pessoal envolvido pode ser deslocado para realizar outras tarefas A automa o tamb m permite realizar trabalhos 24
42. parte do Cyclone 30 7 DMISSAO NACICNLL DE ENERGIA NUCLEAR SP Pers 51 Fonte de ons Muiticusp Buncher de RF Sistema de Bombeamenio do G s Lentes Maqn ticas Infletor s Ed Cavidade de RP Sistema Hiclr galico gt lt de Abertura da F J 7 E Fi Sistema de A F a ns di de Posicioncame AT Wa gt a de Canal do Sinpper Canoas de Seade Figura 3 5 Desenho esquem tico do Cyclone 30 mostrando todos os seus sistemas A Figura 3 6 mostra o Cyclone 30 instalado atualmente no IPEN quando ainda estava nas depend ncias da f brica da IBA na B lgica A Tabela 3 2 mostra as caracter sticas nominais do Cyclone 30 do IPEN Na Figura 3 7 pode ser vista a localiza o dos ciclotrons CV 28 e Cyclone 30 no pr dio do Centro de Aceleradores ciclotron 92 Figura 3 6 Cyclone 30 instalado no IPEN CNEN SP quando ainda estava nas depend ncias da f brica da ZBA na B lgica Tabela 3 2 Caracter sticas Nominais do Ciclotron Cyclone 30 do IPEN CNEN SP 71 Caracteristicas do Feixe Extraido 8 minima 15 MeV Intensidade garantida 300 u Numero de canais de saida Numero de feixe extraidos 2 simultaneamente Emitancia normalizada do Horizontalmente lt 10 r mm mrad eixo extra o o pr Consumo de Pot ncia At 30 MeV usando uma 250kVA linha de feixe At 30 MeV usando duas 280kVA linhas de feixe Estrutura Magn tica N mero de setores Campo forte
43. production Appl Radiat Isot v 50 p 699 705 1999 148 40 0 NEIL J P VANBROCKLIN H F Preparation of Fluorine 18 gas from an 11MeV Cyclotron a Target System for the CTI RDS 111 Cyclotron Nuci Instrum Meth Phys Resear A v 438 p 166 172 1999 41 FIROUZBAKHT M L SCHLYER D J FOWLER J S Irradiation of Ammonia at Liquid Nitrogen Temperatures The Mechanistic Implications for Direct Production of C HCN In EIGHTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings St Louis 1999 p 182 183 42 HESS E BLESSING G COENEN H H QAIM S M Some Optimisation Studies on The Production Of 8F F2 Via The 8O pn 8SF Process In EIGHTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings St Louis 1999 p 38 39 43 RUTH T J BUCKLEY K R HURTADO J JIVAN S Targetry for the Production of Ultra High Quantities of 18F Fluoride A Work in Progress In EIGHTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings St Louis 1999 p 41 43 44 HESS E BLESSING G COENEN H H QAIM S M Improved target system for production of high purity 8F fluorine via the 180 p n 8F reaction Appl Radiat Isot v 52 p 1431 1440 2000 43 HELMERKE H J HARMS T KNAPP W H A water target with beam sweep for routine fluorine 18 production Appl Radiat Isot v 54 p 753 759 2001 46 CLEMENTS JEWERY K JEFFCOAT W The PLC Workbook Progra
44. respectivas sequ ncias de opera o for ando algumas vari veis para conferir a resposta Portanto foram verificadas toda a parte funcional l gica e sequencial do processo corrigindo se as falhas e ajustando se os valores preestabelecidos de acordo com a necessidade de cada porta alvo Todas as vari veis como por exemplo tempo contagem temperatura e corrente foram ajustadas A verifica o da estanqueidade tanto dos porta alvos como das tubula es conex es e v lvulas do Painel de Campo foi realizada utilizando se um Leak Detector da Edwards Isto permitiu que fossem feitos os ajustes para sua corre o Ap s estes ajustes e verifica o de estanqueidade foi ligada a parte de automa o em vazio apenas para corrigir qualquer anomalia na parte el trica principalmente para acertar a continuidade Ap s estas corre es o sistema foi ligado em plena carga e verificado e ajustado o seu desempenho Foram verificados todos os motores e ajustados seus respectivos sentidos de rota o e verificada suas correntes Conv m destacar que neste trabalho foram instalados quatro motores v cuo compressor de h lio injetor e bomba perist ltica Tamb m foi ajustada a temperatura dos quatro aquecedores utilizados no sistema de carregamento recupera o vaporiza o e secagem Nestes testes tamb m foram calibradas as leituras do Controle para as medidas de temperatura press o e corrente com valores padr es conhecidos As s
45. ria de material alvo e a corrente m xima de trabalho s o dependentes de um projeto particular Tr s tipos de porta alvos foram usados o primeiro com um nico bloco de resfriamento na parte posterior do alvo o segundo com v rias aletas e um cone curto e o terceiro tamb m com v rias aletas e cone longo como o primeiro mais eficiente em termos de refrigera o Em rela o ao comprimento os cones n o mostraram diferen a na volatiliza o do alvo para correntes de 18uA Este alvo criog nico mostrou efici ncia maior que 99 na recupera o do material alvo e rendimento de produ o similar ao obtido em alvos que utilizam gua enriquecida 180 e correntes de 18uA 23 Lepera et al 86 em 1997 descreveram um porta alvo para irradia o de agua enriquecida a 97 5 em 180 de alta press o para a produ o de 8F F com protons de 18MeV O alvo foi usinado de um pequeno bloco de cobre OFHC alta condutividade livre de oxig nio tendo 32mm de di metro e 25mm de comprimento A cavidade do alvo correspondia a 4mm de profundidade 13mm de largura na frente e 10mm de largura na parte traseira o volume de gua enriquecida 180 usado era de 0 5cm3 Ap s a usinagem o porta alvo foi niquelado Os rendimentos de recupera o m ximos previstos foram de 88 e puderam ser reproduzidos com uma incerteza de 4 para correntes de feixe de 25uA e tempos de irradia o de at 90min Foram produzidos e fornecidos rotineiram
46. sistema de gerenciamento an lise de informa o e sistema de auxilio manuten o M dulos de entradas e sa das fazem a interface entre o CLP e os elementos de campo N vel 1 O Software aplicativo foi desenvolvido para executar todas as fun es de opera o e controle do processo analisando se as entradas de sinais do sistema e gerando as sa das e informa es necess rias ao seu funcionamento Neste desenvolvimento utilizaram se v rias ferramentas de alta tecnologia com o objetivo de simplificar e ou otimizar a parte operacional do processo e facilitar a manuten o do sistema O detalhamento t cnico destes pontos ser abordado mais adiante nos itens Arquitetura do Hardware e Arquitetura do Software N vel 3 Gerenciamento do Processo Este n vel foi desenvolvido com o objetivo de supervisionar e proporcionar aos operadores e equipe de manuten o a interface necess ria para executar atividades de maneira simples e eficiente 75 Por meio de um computador pessoal foi desenvolvido um Software que disponibiliza na tela do monitor gr ficos e interfaces com os quais o operador pode interferir no processo de controle modificando selecionando supervisionando e obtendo informa es Isto possibilita a integra o do processo com outros sistemas tais como sistema de qualidade sistema de manuten o preventiva e gerenciada a partir de relat rios estat sticos sistemas de relat rios de efi
47. uma rede Al m disso o Unisoft possui ferramentas para aux lio no desenvolvimento de Aplicativos como registros de mensagens c digos de erro e eventos na execu o da aplica o acesso ao banco de dados e cria o e verifica o de vari veis Todos os m dulos do Unisoft s o desenvolvidos usando uma Biblioteca aberta UNIAPI Unisoft Application Programming Interface Isto possibilita a expans o f cil e a capacidade de manter a evolu o tanto do Kernel n cleo quanto das tarefas de aplica o independentemente Al m disso permite ao usu rio criar novos m dulos para o software a partir de qualquer linguagem com suporte para arquivos com extens o DLL O Unisoft disp e de um Driver Toolkit que torna r pido e simples o desenvolvimento de drivers de comunica o Para o desenvolvimento das telas do sistema supervis rio deste trabalho foi utilizada a biblioteca de s mbolos do pr prio Unisoft e alguns desenhos foram criados empregando se ferramentas do AutoCAD e salvas como arquivos do tipo bitmap Com a ferramenta Unisoft tamb m foi desenvolvido um sistema de aquisi o de dados por meio de gr ficos de tend ncias usando se c digos de cores diferenciadas permitindo uma visualiza o do estado da vari vel com informa o online ou caso necess rio pode se levantar um hist rico de COMISS O NACIONAL DE ENERGIA MNUCLEAR SP thee 101 per odos anteriores ao que est em o
48. vaporizado A fixa o do alvo feita por meio de uma v lvula tipo gaveta acoplada a um fole permitindo uma rota o do alvo em 90 ap s a irradia o para ser feita a coleta do l quido irradiado O desenho esquem tico deste porta alvo mostrado na Figura 3 14 A constru o deste porta alvo foi baseada no descrito por Shefer al 64 para irradia o de gua visando a produ o de 18F TUBO DE COLETA l CAMARA DE V CUO ISOLANTE el a gt ule La i o dl E MR hr A ig CAMARA DE NITROGENIO L QUIDO Figura 3 14 Desenho esquem tico do Porta alvo para Irradia o de Alvos L quidos Neste porta alvo o material alvo fica na forma s lida durante o bombardeamento ele foi projetado para n o se utilizar janela de separac o com a linha de feixe em v cuo do ciclotron 65 Em alvos l quidos utilizando se altas correntes de feixe e altas energias a grande quantidade de pot ncia depositada pelo feixe no material alvo pode lev lo ao estado de ebuli o e a uma alta taxa de radi lise Estes efeitos aumentam a fadiga sobre a janela e tamb m provocam a perda de material alvo durante o bombardeamento Em um alvo no estado s lido as bolhas s o eliminadas e a taxa de radi lise fortemente reduzida Em um dispositivo criog nico sem janela a press o de vapor do gelo pode ser mantida em um valor bem abaixo da press o m xima aceit vel de v cuo que em torno de
49. 10 Smbar na linha de feixe do ciclotron Foi instalado ainda um termopar para controle e monitora o da temperatura do gelo alvo Para manter a temperatura baixa na superficie do gelo durante a irradia o conveniente espalhar o feixe sobre uma grande rea e usar uma camada fina de alvo para realizar uma troca de calor eficiente do refrigerante nitrog nio l quido Todas estas condi es podem ser satisfeitas utilizando se uma geometria de alvo c nico A c mara criog nica na qual est contido o alvo foi montada em uma outra sob v cuo que funciona como isolamento t rmico evitando perdas do elemento refrigerante Caso ocorram perdas do elemento refrigerante um controlador de n vel acoplado a um sensor que detecta esta perda envia um sinal para o CLP e as v lvulas de preenchimento de nitrog nio l quido s o acionadas Na flange de cima da c mara criog nica foram conectados tubos tamb m isolados em v cuo que s o usados para a alimenta o do nitrog nio l quido purga entrada de um aquecedor para retirada de nitrog nio l quido ap s a irradia o entrada de sensor de controle de n vel e tubo de coleta O esquema da c mara de isolamento t rmico e acoplamento do porta alvo criog nico pode ser vista na Figura 3 15 66 Entrada de NL2 Entrada de Na purga Entrada do Sensor de Nivel Camara de V cuo E Es ERA Ca ra A RAY a E ip Criog nica a E F ra em
50. 17MeV e eram programadas at que a corrente integrada ou um tempo pr selecionado fosse alcan ado O rendimento t pico era de 800mCi de 8F em irradia es com correntes de 18uA durante uma hora Blessing et al 62 em 1997 desenvolveram um sistema de irradia o compacto controlado remotamente de f cil manuseio e recupera o do alvo gasoso al m de isolamento do produto radioativo o 82mRb ti 2 6 5h Este radiois topo utilizado em estudos do fluxo sang neo no mioc rdio Foi utilizada a rea o 2Kr p n 82mRb com g s Kr enriquecido em 82Kr a 90 As irradia es foram feitas nos ciclotrons de Debrecen modelo MGC 20 E Hungria e de J lich modelo CV 28 Alemanha com feixes de pr tons de 14 8MeV de energia e correntes de 1 a 10uyA por 1 a 2 horas A c mara do alvo foi confeccionada em forma c nica com Ni de alta pureza para minimizar a corros o durante o processo de vaporiza o com volume de 51 8mL incluindo o volume morto O porta alvo era refrigerado com gua na parte traseira e laterais e com g s He na parte frontal composta por duas folhas de Ni 30um cada que separava o porta alvo do v cuo do ciclotron Este sistema de alvo muito vers til pois pode ser empregado tamb m na produ o de outros radionucl deos importantes na Medicina Nuclear como o gerador 8 Rb 8imKr 83Sr etc Os autores n o citaram qual o tipo de dispositivo utilizado neste sistema compacto controlado remotamente O siste
51. 18F F2 pela rea o 18O p n 8F no ciclotron CV 28 de J lich Alemanha Um m todo muito comum tem sido usado para a produ o do 8F por meio da rea o com alvo gasoso 2 Ne d a 8F Recentemente a rea o 8O p n 8F tem ganho muita aten o prometendo a obten o de altos rendimentos com energias entre 10 e 20MeV Assim necessita se somente de um acelerador de pr tons O porta alvo era c nico tendo uma janela esf rica na entrada e confeccionado em Al com volume total de 30mL e as conex es de preenchimento do g s e de v cuo foram soldadas junto com o porta alvo As irradia es foram realizadas com feixes de 20uA por 2horas com oxig nio enriquecido em 180 a 97 produzindo aproximadamente 37GBq 1Ci no EOB Este sistema de alvo tem sido usado na produ o rotineira de 8F F2 sem qualquer problema por mais de 50 irradia es Ruth et al 43 em 1999 reportaram as caracteristicas de um porta alvo para a produ o de alta quantidade de 8F Segundo os autores teoricamente poss vel produzir mais que 10Ci de 18F pelo bombardeamento de 180 utilizando se alvo gasoso com feixe de pr tons de 100uA por 3horas e energia de 18MeV Para confec o de um porta alvo devem ser levados em considera o os seguintes par metros resist ncia mec nica e refrigera o da janela para opera o com 100uA ou mais rela o da press o do alvo com o tamanho da c mara de refrigera o redu o da densidade espalhament
52. 2 1 Interface Homem M QUINA coccoccocncncnonnorononcncnnnaroncnncnnncnnos SIETE eG 16 2 2 1 1 Interface r fica Interativa pi coyssi e iss plc a 18 2 2 1 2 Interface Homem M quina com Microprocessadores 19 Cade 3 CONTISUFA O o i al dat i dbs ba eae DA 19 2 2 1 4 Sistema de Monitora o de Par metros de Seguranga 20 2 3 REVIS O DE LITERATURA ccccnccncccncncoconocncanocanoconcocccacanoncncnnonos 21 2 3 1 Alpos e rond Albos a A AD A Cacia ta Vig tow 21 283 2 sistem adev Automa o ii aus enddac in venp esposa qo ca aaa it as 28 282 1 A toma o Geral es ar as pad 28 D 2 2 Automa o em AIVOS amas sseagar ng ieoi inss ii tipo coro ASA Saga 32 CAP TULO 3 MATERIAIS E M TODOS 3 1 INFRA ESTRUTURA oom sooionnsarrnosinzenarosracs rnkkVE Os cocos co oc esa cesar ne 41 3 1 1 Ciclotron CV 28 e Cyclone 30 do IPEN CNEN SP c 41 Doll ciclo ton modela CDS io dde 41 3 1 1 2 Ciclotron modelo Cyclone JOs sarts essersi 47 3 2 SISTEMA DE IRRADIA O DE ALVOS cccccsccscscsssccccsscccssesescees 55 3 3 PROJETO DE PORTA ALVOG c ccccccccscccsccvcccccscccsccssccccscccccccconess 58 3 3 1 Porta alvo para Irradia o de Alvos S lidos ooococorcononornonccananccnannos 58 3 3 2 Porta alvo para Irradia o de Alvos GASOSOS oconccnononoccncconcnnacononenons 60 3 3 3 Porta alvo para Irradia o de Alvos L quidoS occcionnooccconononorennnco 63 3 4 DESCRIC O DOS PROCEDIMENTOS
53. 30 ms para cada 1000 bits de instru o 2048 M 0 0 a M 255 7 M 0 0a M 15 64 8 1 mem ria Byte 1536 Bytes 256 Bytes 512 10 0a1127 7 Q 0 0 a Q 127 7 127 DBO reserva 8kB Rel gio do Hardware 1 0 O a 32767 horas 1 hora Tempo de dura o a 25 C e uso ininterrupto Min 1 ano da CPU Tempo de armazenamento sem uso a 25 C Aprox 5 anos Este CLP SIMATIC 7 foi instalado no Painel de Controle localizado na sala de controle do ciclotron CV 28 a aproximadamente 30 metros de dist ncia dos elementos do campo isto dos sistemas de irradia o propriamente ditos Neste painel al m do CLP que controla o processo com suas unidades de CPU e placas de entradas e sa das est o instalados os dispositivos de prote o e pot ncia dos elementos de campo onde qualquer problema el trico controle pode ser corrigido na sala de controle sem a necessidade do operador entrar na caverna portanto em uma rea livre de radia o 86 A configura o do Hardware neste n vel 2 utilizado no sistema desenvolvido no trabalho e instalada neste Painel de Controle abrange os seguintes componentes Controlador L gico Program vel CLP composto de CPU S7 300 c d 314 6ES7 314 1AE04 0ABO M dulo de mem ria EPROM 64 KByte c d 6ES7951 OKFOO OAAO Trilho para 9 slots c d 6ES7 7390 1AE80 0AAO Fonte de Alimenta o AC 120 130 Vac x 24Vdc 5A c d 6ES7307 1EAOO OAAO Bateria c d 6 S797
54. 4 61 MEDEMA J LUURTSEMA G KEIZER H TILKEMA S ELSINGA P H FRANSSEN E J F PAANS A M J VAALBURG W Fully Automated and Unattended 8F Fluoride e Unattended 8F FDG Production Using PLC COM 55AC NAGONSL LE ENERGIA NUCLEAR SP pts na 151 Controlled Systems In SEVENTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1997 p 23 25 62 BLESSING G TARKANYI F QAIM S M Production of 82mRb via the 82Kr p n process on highly enriched 82Kr a remotely controlled compact system for irradiation safe handling and recovery of the target gas and isolation of the radioactive product Int J Appl Radiat Isot v 48 n 1 p 37 43 1997 63 SUZUKI K YOSHIDA Y SHIKANO N KUBODERA A Development of an automated system for the quick production of 13N labeled compounds with high specific activity using anhydrous 3N NH3 Appl Radiat Isot v 50 p 1033 1038 1999 64 HARA T YUASA M Automated synthesis of C choline a positron emitting tracer for tumor imaging Appl Radiat Isot v 50 p 531 533 1999 65 STEEL C J BRADY F LUTHRA S K BROWN G KHAN I POOLE K G SERGIS A JONES T PRICE P M An automated radiosynthesis of 2 1 C thymidine using anhydrous C jurea derived from C phosgene Appl Radiat Isot v 51 p 377 388 1999 66 STEEL C I RENTON M L PIKE V W Semi intelligent con
55. 5 causa das meias vidas relativamente curtas do 2 T ti 2 73 lh e do Ga t1 2 78 3h produzidos no NMC seus rendimentos de produ o est o diretamente relacionados qualidade e estabilidade do feixe de pr tons Utilizando se o sistema original COM 527 se ocorresse uma interrup o do feixe de pr tons em uma produ o rotineira noturna o operador era automaticamente chamado pelo telefone celular Por m ele n o tinha nenhuma indica o da natureza da falha durante a chamada havendo a necessidade de dirigir se at a sala de controle do ciclotron para ter acesso aos comandos para ajustes e falhas Com o sistema FIX DMACS SCADA quando o operador recebe uma chamada em seu telefone celular ele pode discar para um ambiente altamente seguro do sistema de controle e acessar as fun es do controle do ciclotron verificar as falhas e efetuar mudan as nos par metros de controle do feixe e desta maneira corrigir as falhas Atendendo s falhas imediatamente ap s sua ocorr ncia o operador pode reduzir significativamente o tempo de queda do feixe Assim os rendimentos de produ o podem ser bastante melhorados Al m da queda do feixe por causa de falhas diversas pode haver tamb m uma lenta deteriora o da intensidade do feixe de pr tons durante uma opera o noturna em virtude de raz es como a degrada o das folhas do stripper ou flutua es de vacuo que s o inerentes a ciclotrons de ons negativos O operador pode l
56. CV 28 Ap s atender todas as normas e especifica es o Sistema Integrado foi instalado na caverna do ciclotron CV 28 Cabe salientar que o objetivo do presente trabalho n o foi o de obten o de radiois topos e ou otimiza o em rendimentos de processo que s o de responsabilidade do Centro de Radiofarm cia CR do IPEN e sim a automa o dos sistemas de irradia o A op o de englobar os tr s tipos de alvos principalmente o de tipo criog nico se deu em fun o de desenvolver um sistema de automa o o mais completo poss vel abrangendo o maior n mero de etapas poss veis envolvidas 104 Uma vez colocados os porta alvos todos os cabos de comando foram instalados entre o Painel de Campo situado na caverna e o Painel de Controle situado na sala de comando Nesta fase testes de simula o de corrente nos quatro setores no colimador no beam stopper e no alvo propriamente dito foram efetuados com fonte de corrente no sentido de verificar os valores indicados no monitor Al m disso todas as liga es foram conferidas no sentido de verificar qualquer problema na fia o A instala o consistiu tamb m de todas as liga es el tricas de ar comprimido para os pist es e blocos de v lvulas gua de refrigera o gases motores etc Uma vez instalados foram feitos os testes de vazamento de v cuo testes de refrigera o com gua onde foram verificados os retornos de sensores como por exemplo t
57. E H LIO E SISTEMA DE SEGURANCA REPRISE UA ABRE V LVULAS DE al ENTRADA E SA DA DE GUA FLUXO F e ae TEMPERATURA 2 Se OK ie AER a e REFRIGERA O PORTA F ALVO COM GUA REPRO SS AN CAM HELIO LIGA MOTOR call F COMPRESSOR DE H LIO ue Sc PRESS O DA em JANELA OK oy a Sar l MEDE FLUXO DE i PRESS O DE H LIO LIGA AQUECEDOR DO RESERVAT RIO E DESCE DEWAR COM NITROG NIO L QUIDO VOLUME DE pros AS Ok te BOMBEAMENTO DO G S E cid DO RESERVAT RIO PARA O PORTA ALVO VIA M TODO CRIOG NICO eas IRRADIA O MONITORA O DE CORRENTES TEMPERATURA E PRESS O DO ALVO D DOSE INTEGRADA IGUAL A PROGRAMADA RECUPERA O SOBE DEWAR COM NITROG NIO L QUIDO PARA COLETA DO G S N O IRRADIADO TEMPO UK PORTA ALVO CONT M G S IRRADIADO VAPORIZA O LIGA AQUECEDOR E INJETA AGUA EM VAPOR PARA RETIRADA DE GAS IRRADIADO DAS PAREDES PORTA ALVO LAVADO SERINGA PUXA SOLU O TEMPO OK a PEE N E No an MEDE ATIVIDADE SECAGEM LIGA AQUECEDOR E A INJETA N SECO HAS AQUECIDO TEMPO ja Ox dl Ee FIM a J a ae Figura 3 30 Diagrama de Bloco da Seqii ncia de Opera o Alvo Gasoso 96 3 5 3 2 2 Arquitetura do Software n vel 3 Gerenciamento do Processo Foram desenvolvidos o Software do Sistema Supervi
58. Efici ncia de Extra o O Energia 0 Mev Efici ncia Alvo Colimador Q i pee 0 00 WA Drea ta 0 00 bar orrente Externa 0 00 HA Corrente do Beam Stopper 0 00 pA V cuo da Linha 0 00 mbar Corrente do Alvo 0 00 WA Integrador 0 00 uAh Corrente do Colimador 0 00 pA Corrente Setor cima 0 00 pA Tempo de Irradia o 0 Horas Corrente Setor Baixo 0 00 yA Tempo de Irradia o 0 Min Corrente Setor Direito 0 00 yA Atividade 0 00 Bq GASOSO Comente Setor Esquerdo 0 00 pA Atividade 0 00Bq Liquido Temperatura da Refrigera o 0 00 C Atividade 0 00 Bq S lido Temperatura do Alvo 0 00 C Alvos Gasosos Tend ncias Alarmes Comando imprime Relat rio Alvos S lidos Alvos L quidos Figura 4 21 Modelo do relat rio desenvolvido para acompanhamento dos par metros envolvidos no processo de irradiac o 4 3 OPERACIONALIDADE 4 3 1 Operacionalidade do Sistema de Automa o Os testes citados no item 3 6 do cap tulo anterior foram realizados para verificar o funcionamento da automa o Nesta fase s o realizados os ltimos ajustes do sistema adequando o s condi es de opera o desde as toler ncias de fabrica o sequ ncia l gica at os par metros de desempenho de tal forma a serem cumpridas todas as etapas necess rias para a aceita o do sistema de automa o Durante a execu o de cada teste era verificado se o equipamento estava trabalhando satisfatoriamente e
59. Fa E ml BD A y i os os Toh a a TT E di EE HES ae ACA ACA ES A A E 7 a ae R x W h X x A a Conex o para Entrada do Entrada do Coleta e Sistema de Injetor para CargaAquecedor Termopar V cuo Figura 3 15 Esquema da c mara de isolamento e acoplamento do porta alvo criog nico Para o carregamento do alvo foi desenvolvido um sistema injetor de pressurizac o de gua em forma de spray que permitiu a obtenc o de um jato controlado de gua Um bico difusor tamb m projetado especialmente para este trabalho fez com que o jato fosse bem espalhado Este sistema tem uma agulha interna ajust vel que controla a sa da do l quido a ser irradiado Este injetor est conectado em uma flange e acoplado em um motor que permite o seu deslocamento quando a etapa de carga solicitada O motor utilizado para avanco e recuo do injetor est acoplado a polias sendo que em uma delas est preso o eixo do injetor A parte interna deste eixo cont m a passagem da tubulac o de gua e ar O injetor avanca para a carregar o alvo e recua para que ele possa ser irradiado Para que o alvo seja coletado o conjunto inteiro do porta alvo sofre uma rota o de 90 Para este fim foi desenvolvido um dispositivo mec nico que 67 inclui um fole e dois cilindros com amortecedores e v lvulas com controles de fluxo de ar A utiliza o de dois cilindros pneum ticos evita qualque
60. N W H The effect of social factors on the implementation of automation an empirical study in Taiwan J Eng Technol Manage v 17 p 39 58 2000 96 GILLESPIE G H BARREY W H MARTONO H MOORE J M Recent Advances in Software for Beamline design Accelerator Operations and Personnel training Nucl Instrum Meth Phys Resear B v 161 163 p 1168 1173 2000 97 SINGLACHAR R MUKHERJEE B An advanced PC PLC based SCADA system for a commercial medical cyclotron Nuci Instrum Meth Phys Resear A v 399 p 396 406 1997 98 SHEFER R E KLINKOWSTEIN R E HUGHEY B J FRIED N A McCARTHY D W SCHWARZ S W ANDERSON C J WELCH M J Automated Solid Targets and Processing Systems for the Production of Intermediate Lived Radionuclides In SEVENTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1997 p 200 202 59 DAVENPORT R J DOWSETT K PIKE V W A Simple Technique for the Automated Production of No carrier added 1 C Acetate Appl Radiat Isot v 48 n 8 p 1117 1120 1997 60 HAMMOND R G RENTON M L MACKAY D B WATERS S L Design and Operation of a Krypton 82 Gas Target for the Regular High Yield Production of Rubidium 81 for the Preparation of Krypton 81m Generators In SEVENTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1997 p 51 5
61. OL 68 V45 CONDICAO A M 453 BOOL 682 V45_FALHA M 452 BOOL v45 FECHA M 451 BOOL 84 V45_FECHADA I 27 BOOL 45 MONITORACAO MB 96 BYTE 686 v45 ROTINA 45 FC 45 Data Type 2 e Comment m V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE IRRADIADO V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE IRRADIADO CM ABRE V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE RRADIADO CONDICAO V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE IRRADIADO FALHA V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE IRRADIADO CM FECHA V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE IRRADIADO MONITORA VALVULAS3 V43 L QUIDO INJE O HE ARRASTE IRRADIADO TEMPO V44 L QUIDO COLETA GUA IRRADIADA V44 L QUIDO COLETA GUA IRRADIADA CM ABRE V44 L QUIDO COLETA GUA IRRADIADA CONDICAQ V44 LIQUIDO COLETA AGUA IRRADIADA FALHA V44 L QUIDO COLETA GUA IRRADIADA CM FECHA V44 L QUIDO COLETA GUA IRRADIADA MONITORA O VALVULAA4 V44 L QUIDO COLETA GUA IRRADIADA TEMPO V45 L QUIDO GATE V45 L QUIDO GATE ABERTO V45 L QUIDO GATE CM ABRE V45 L QUIDO GATE CONDICAO V45 L QUIDO GATE FALHA V45 L QUIDO GATE CM FECHA V45 L QUIDO GATE FECHADO V45 L QUIDO GATE MONITORA O VALVULAAS V45 L QUIDO GATE TEMPO Figura 4 11 Tela da Abertura do Projeto Configura o do Hardware e Lista com Defini es de Endere os 118 Al m disso a integra o do Software Industrial SIMATIC n o se aplica somente aos controladores SIMATIC mas para todas as linhas de interface homem m quina e a todos os
62. ONFERENCE ON NON ENERGETIC APPLICATIONS 145 OF NUCLEAR SCIENCE BRUSSELS June 1 3 1995 Proceedings Brussels BNS 1995 16 QAIM S M Production of Radioisotopes Using Accelerators In THE 2ND INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ADVANCED NUCLEAR ENERGY RESEARCH EVOLUTION BY ACCELERATORS January 24 26 1990 Mito Proceedings Tokyo Japan Atomic Energy Institute 1990 p 98 107 INIS MF 12714 17 URANIUM INFORMATION CENTRE Dispon vel em lt http www uic com au mp26 htm gt Acesso em 12 nov 2000 18 YONGEN Y COHILIS P Use of Accelerators for Radioisotope Production BNS SFEN CONFERENCE IN BRUSSELS 1995 p 1 8 19 SAJJAD M LAMBRECHT R M Cyclotron Production of Medical Radionuclides Mucl Inst Meth in Phys Res v B79 p 911 915 1993 20 PHELPS E M PET The merging of biology and imaging into molecular imaging Journal of Nuclear Medicine v 41 p 661 681 2000 21 ERNEST LAWRENCE S CYCLOTRON Disponivel em lt http www lbl gov Science Articles archive early years html gt Acesso em 19 mai 2000 22 YONGEN Y Some Important Applications of accelerators in Medicine and Industry 7e Journ es d Etudes SATURNE Ramatuelle 29 janvier 2 f vrier 1996 p 111 119 23 SAJJAD M LAMBRECHT R M Cyclotron Targetry for Medical Radioisotope Production Nucl Inst Meth in Phys Res v B40 41 p 1100 1104 1989 146 24 MESTINIK S A C MENGATTI J M Studies for the Production
63. a o possivel na instala o dos componentes Na Figura 4 7 podem ser vistos os seguintes sistemas de v cuo que foi instalado na parte interna do painel de refrigera o e purga de gua com suas respectivas v lvulas solen ides e chave de fluxo tombador do alvo l quido de recupera o carga e emerg ncia do alvo gasoso de vaporiza o do porta alvo gasoso de coleta do alvo gasoso e l quido e de conex es el tricas A Figura 4 8 mostra em destaque os terminais de v lvulas do tipo CPV montados no Painel de Campo que foram utilizados para acionamento das v lvulas Nupro e dos cilindros pneum ticos Cada bloco permite o acionamento de 16 v lvulas comuns ou 8 cilindros pneum ticos El po a a Figura 4 8 Terminais de V lvulas do Tipo CPV 113 4 2 1 1 Montagem do Hardware nivel 2 Controle do Processo Gaveta Retr til para Teclado Figura 4 9 Painel de Controle dos Sistemas de Irradia o de Alvos S lidos Liquidos e Gasosos 114 Conforme mostrado na Figura 4 9 foi feita a montagem do Hardware onde pode se destacar o CLP os disjuntores de seguran a e os conversores de corrente instalados na parte frontal do Painel de Controle dos Sistemas de Irradia o de Alvos S lidos L quidos e Gasosos Na parte traseira observam se as barras de bornes que fazem a interliga o com o Painel de Campo Os seguintes pontos podem ser destacados para a instala o do Hardware
64. a irradia o de alvos em aceleradores que a densidade de pot ncia efetiva ser muito alta altas correntes de feixe incidem em pequenas reas tipicamente inferiores a 1 cm havendo necessidade de uma refrigera o adequada Por exemplo uma corrente de feixe de 30 yA de pr tons com 24 MeV de energia dissipa uma pot ncia de 720 W Em 1 cm isto significa uma densidade de pot ncia de 720 W cm2 Al m do problema da transfer ncia de calor que um requisito b sico na produ o de radiois topos em aceleradores existem outras considera es igualmente importantes 16 23 conhecimento dos dados nucleares para otimizac o do m todo de produc o iv conhecimento das propriedades qu micas e mec nicas do material do alvo capacidade do alvo para suportar altas correntes de feixe facilidade de separa o qu mica do produto radioativo O conhecimento dos dados nucleares fundamental na determina o da rea o nuclear mais conveniente para uma determinada produ o definindo par metros importantes a saber a sele o da energia do feixe e espessura do alvo d modo a ter o maior rendimento poss vel do is topo de interesse com o m nimo poss vel de impurezas presentes Para uma determina o precisa destes par metros torna se necess rio o conhecimento das fun es de excita o das v rias rea es que podem ser produzidas simultaneamente pela part cula incidente Al m disto as propried
65. a operacional retorno de informa es por interm dio de sensores Como descrito no Cap tulo 3 para a implementa o deste projeto de automa o houve a integra o do Sistema de Irradia o de Alvos com os Pain is de Campo e de Controle O sistema desenvolvido conta com alta tecnologia em CLP que alia conforto e praticidade para os operadores os quais podem 136 administrar o processo por interm dio de um computador com a ajuda de um Sistema Supervis rio Assim mediante uma interface gr fica animada e de alta defini o o sistema fornece informa es claras e objetivas de toda a opera o permitindo identificar e corrigir qualquer anormalidade instantaneamente O comando antigo do Sistema de Irradia o de Alvos utilizado por muitos anos no ciclotron CV 28 do IPEN era um tipo convencional a rel com sistema de monitora o est tico sendo muitas etapas executadas manualmente para se conseguir uma sequ ncia de opera o l gica durante a produ o de radiois topos Todas as etapas de controle dependiam diretamente do operador portanto sujeitas a erros Atualmente com o objetivo de aumentar a produtividade e dar maior flexibilidade e facilidade de opera o novas tecnologias s o aplicadas como a de Estado da Arte que empregada internacionalmente em sistemas de controle complexos e cr ticos tornando os f ceis de serem operados mais seguros com alta confiabilidade operacional e produtiva No Comand
66. acancannaoso 117 Figura 4 12 Descri o dos elementos de comando e a fun o de cada linha de programa utilizando o Software SIMATIC S7 da SIEMENS 118 Figura 4 13 Tela de constru o do sistema supervis rio para o alvo l quido com as janelas de ferramentas para confec o 121 Figura 4 14 Rela o de vari veis e estados e disposi o dos dados no SUPELVISOCIO A Fira A O 1 rca ae 122 Figura 4 15 Tela constru da para o gerenciamento do processo de irradia o de alvos l quidos etapa de Rotac o ooonooccccoconcnnencnncccnnas 123 Figura 4 16 Figura 4 17 Figura 4 18 Figura 4 19 Figura 4 20 Figura 4 21 Tela constru da para o gerenciamento do processo de irradia o de alvos PASSOS pers EEE ida 124 Tela constru da para o gerenciamento do processo de irradia o d alvos SOMOS as kere sere E ds tada 124 Apresenta o do sistema j desenvolvido e implementado com o microcomputador instalado no Painel de Controle especialmente projetado para esta aplica o ooocococncccccnccnonencnnncnrncnanananoneno 125 Tela de alarmes desenvolvida para visualizac o das falhas que eventualmente podem ocorrer durante o processo e a forma pela qual s o comunicadas ao Operador 02 cece eee cece ee eeeeseeeeees 126 Tela desenvolvida para a obten o das tend ncias com as principais vari veis dos par metros do feixe
67. adas sob o ciclotron A fonte de ions externa tem seu pr prio sistema de v cuo para prevenir que os gases da fonte entrem na c mara acelera o O v cuo final obtido tipicamente de 2x10 7mbar Sensores Penning e Pirani s o utilizados para medidas de v cuo na c mara Estes valores s o transferidos para o sistema de controle comunicando o estado real de v cuo para o usu rio caso positivo um sinal v cuo ok mostrado no console de controle caso negativo aparece um sinal v cuo n o ok por exemplo se ocorrer perda de v cuo e o sistema de opera o do RF e da fonte de ons s o automaticamente desligados e o controle do sistema de v cuo automaticamente reinicia o ciclo de bombeamento Cada linha de feixe possui um sistema de bomba de difus o independente Toda a opera o do Cyclone 30 gerenciada pelo software In Touch incluindo fonte de ons RF e v cuo A corrente de feixe medida na linha de injec o no ponto de extra o na entrada e na sa da da linha de transporte de feixe Estas medidas s o visualizadas na tela de um monitor e s o usadas pelo sistema de controle para ajuste em tempo real dos par metros do feixe e tamb m como intertravamentos para a seguran a de pessoal e para o equipamento em st O InTouch se comunica com a segunda parte do sistema de controle que baseado em um CLP Simatic STEP 5 da Siemens A Figura 3 5 mostra os sistemas que fazem
68. ade de disco r gido o pacote STEP 7 ocupa de 70 a 100 Mbytes O tamanho do disco r gido deve ser dimensionado de acordo com o sistema operacional o STEP 7 e outros softwares que se desejam instalar A Programa o do Software CLP para o Controle dos Processos foi desenvolvido na linguagem de programa o estruturada Ladder utilizando o Software SIMATIC S7 da SIEMENS O programa comentado em portugu s incluindo a descri o dos elementos de comando e a fun o de cada linha de programa visando facilitar a compreens o da l gica Todo o software de controle do n vel 2 foi desenvolvido e baseado nos diagramas de bloco mostrados nas Figuras 3 28 3 29 3 30 respectivamente que definem a opera o dos 3 porta alvos utilizados neste projeto SELE O DO ALVO S LIDO l GASOSO 3 S A V CUO LIGA BOMBA PR V CUO Faz V CUO No PORTA ALVO REFRIGERACAO ABRE V LVULA DE GUA DE REFRIGERA O DO PORTA ALVO ABRE VALVULA INTERFACE DO C CLOTRON IRRADIA O MONITORA V CUO CORRENTE E TEMPERATURA NO ALVO DOSE INTEGRADA IGUAL PROGRAMADA DESLIGA GUA DE REFRIGERA O E INJETA AR PARA PURGA TEMPO DE e PURGA OK A RETIRA TODA GUA RESIDUAL DO PORTA ALVO VENTILA O INJETA AR NA PR C MARA ATMOSF RICA OK PisTAO SOLTA O ALVO IRRADIADO CAPSULA RECEBE 0 ALVO NA C PSULA Ok
69. ades mec nicas e qu micas do material alvo desempenham papel t o importante quanto ao da influ ncia da sec o de choque de uma rea o nuclear Podem ser utilizados metais ligas xidos liquidos e gases contanto que resistam a altas correntes de feixe n o sofram fortes altera es qu micas induzidas pela radia o produzam alto rendimento do radiois topo de interesse e permitam uma f cil separa o qu mica Normalmente isto leva utiliza o de alvos com is topos enriquecidos 23 2 1 2 1 Tipos de Alvos Utilizados na Produ o de Radiois topos em Ciclotrons Um sistema tipico de alvo consiste basicamente de 23 a uma janela que separa o vacuo do ciclotron do material alvo b o material alvo s lido l quido ou g s c o porta alvo e uma flange que isolada eletricamente para medida da intensidade de corrente d um sistema de refrigera o para janela do alvo e beam stopper que garanta uma dissipa o de calor eficiente Isto tamb m inclui a sele o de materiais suporte para alvos s lidos e materiais para o corpo principal de alvos liquidos e gasosos NMISSAN NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR SP IPES 11 Al m disso um sistema t pico de alvo deve ser compat vel com os materiais utilizados tanto na irradia o quanto na separa o qu mica isto com os materiais utilizados no processo de produ o Ser o descritos a seguir os tipos de alvos utilizados em ciclotrons 2 1 2 1
70. ado de vari vel definido por tr s setores radiais incorporados s pe as polares e possui quatro bobinas auxiliares para ajuste do perfil radial do campo o que permite acelerar quatro tipos de part culas pr tons d uterons 3He e part culas alfa Pode ser considerado como compacto pesando 23 toneladas localizado em uma rea de 60 m2 e consome uma pot ncia el trica de aproximadamente 500 kVA Sua infra estrutura composta dos seguintes perif ricos a Sistema de fontes de alimenta o das bobinas de campo fonte de ons deflex o centraliza o sistema de radiofrequ ncia e de deflex o magn tica b Sistema de refrigera o de gua deionizada c Sistema de ar comprimido d Sistema de ar condicionado e Sistema de v cuo O equipamento est localizado em uma rea chamada de caverna constru da por paredes de concreto que servem de blindagem da radia o Na caverna est o instalados o ciclotron propriamente dito a linha de feixe principal 42 o distribuidor magn tico e tr s saidas de linha de feixe h sete delas mas somente tr s est o operacionais nas quais os alvos s o irradiados com feixe externo A Figura 3 1 mostra a c mara de acelera o do ciclotron CV 28 e o sistema de transporte de feixe e y dad E E a k Aros pee i z no co ED IEA Transporte de Feixe C mora de A LTE O Figura 3 1 C mara de Acelera o do Ciclotron CV 28 e Sistema de Transporte de Feixe
71. al o qual ressonante em um modo de um 49 quarto de comprimento de onda sendo a pr pria haste conectada cavidade de resson ncia Os dois D s de 30 operam no modo de segundo harm nico com rela o frequ ncia de revolu o da part cula O sistema de RF essencialmente um amplificador de alta pot ncia que amplifica um sinal senoidal de um oscilador com um pequeno cristal de quartzo para uma pot ncia alta de 40 kW que fornecida para os dois pares opostos de eletrodos de acelera o D s localizados dentro da c mara do ciclotron Este oscilador a quartzo garante a perfeita estabilidade de frequ ncia do sistema de acelera o de RF que totalmente refrigerado O est gio final do sistema liberando 40 kW de pot ncia de RF capacitivamente acoplado aos D s e est localizado diretamente no ciclotron evitando desta maneira a necessidade do uso de grandes cabos de RF A c mara de v cuo feita de alum nio para reduzir a ativa o 73 O Cyclone 30 equipado com uma fonte de ons de alta intensidade do tipo Multicusp Esta fonte alimenta ons de H para o ciclotron por meio de uma linha de inje o axial Esta fonte externa o que facilita o acesso e a manuten o evitando tamb m o ac mulo de hidrog nio no tanque c mara de v cuo principal A linha de inje o inclui um sistema magn tico de focaliza o para obter uma boa efici ncia entre a fonte e
72. am feitos ajustes e regulagens dos limites de alarmes para que eles atuassem dentro do intervalo preestabelecido Na energiza o do sistema foram verificados todos os posicionamentos mec nicos e observados os limites de seguran a de cada fim de curso fazendo se os ajustes finais para libera o do acesso ao modo autom tico de opera o Com o recurso de monitora o e de modifica o de vari veis do Software SIMATIC p de se exibir estados atuais de opera o do programa Esta ferramenta ajudou muito na simula o do processo Assim a depura o do programa ou Hardware do CLP foi facilitada e com isto foram selecionados v rios pontos do ciclo do processo e executada a monitora o com as modifica es desejadas LOU Durante a opera o em vazio o sistema foi submetido a limites de seguran a e prote o ou em condi es cr ticas para verifica o de instabilidade e poss veis falhas O sistema de diagn stico com suas fun es integradas para a identifica o e registro de defeitos e as ferramentas associadas ao STEP 7 auxiliaram na localiza o de erros e na solu o de problemas associados ao sistema como falhas na CPU nos m dulos de entradas e saidas e nos programas 4 3 1 2 Operac es com Carga Durante a operac o com a carga m xima exigida feita em laborat rio foram ajustados os limites preestabelecidos quando necess rio a saber temporizadores contadores temperaturas e press
73. anomalia e o operador toma as devidas provid ncias para come ar o processo MINA ESAN MATINAL DF FNERGIA NUCLEAN SP ires 121 Desta forma o operador definitivamente n o precisa ser um profissional altamente especializado deixando o especialista livre para realizar atividades mais nobres ligadas pesquisa e desenvolvimento A Figura 4 13 mostra a tela utilizada para a constru o do sistema supervis rio do alvo l quido com as janelas de ferramentas para confec o Observa se que todos os par metros e dispositivos envolvidos neste processo devem ser desenhados em todas as situa es a que estar o sujeitas com suas respectivas anima es por exemplo o injetor e o alvo em posi es 0 e a 90 Neste trabalho foram estabelecidas as seguintes cores verde ligado vermelho alarme e cinza desligado InduS oft Studio Alvoliquido scr Ele Edit View Insert Project Tools Window ae Do gt eB as PS O A Ao a e 1 h 3 JS o Fis dE e ELT OE FRH 1 Ea ca esa a e TT E E la ERR i A E IM sl T ol W e H E 0 E DA A SER E 2 RB Stan EY Microsoft Word Sy induson Studio Alv F4ea4 8 EARD 07 56 Figura 4 13 Tela de constru o do sistema supervis rio para o alvo l quido com as janelas de ferramentas para confec o Por meio de uma rela o de vari veis e estados a serem visualizados e controlados
74. at rios bem como em hospitais pequenos com menos de cem leitos estavam planejando introduzir tais sistemas contudo a tecnologia corrente era muito cara e n o estava suficientemente padronizada para reunir as necessidades destes segmentos de mercado no Jap o Felder et al 61 em 1998 comentaram que a automa o de laborat rios estava come ando a se tornar uma ferramenta indispens vel de sobreviv ncia em virtude da dificil competi o no mercado Assim vendedores de automa o estavam desenvolvendo configura es de Hardware alternativas chamadas de automa o modular para se ajustar a laborat rios menores De acordo com os autores a automa o e a rob tica seriam uma ferramenta chave de sobreviv ncia UMIOSAC NACIONAL CE ENERGIA NUCLEAK SP IPES 31 Du et al 62 em 1999 apresentaram um modelo de mensagem orientada para o controle de um supervis rio em sistemas de fabrica o O controle do supervis rio para sistemas de fabrica o envolve atividades tais como execu o de interface com o operador aquisi o de dados monitora o de processos e algum n vel de controle de produ o por meio do uso de computadores As fun es de um controle de supervis rio podem ser resumidas em Monitora o para coletar informa o das etapas do processo Estimativa ou Progn stico porque normalmente nem todas as etapas do sistema e par metros do sistema s o explicitamente observ veis Controle ou Manipula
75. avagem do porta alvo com gua foi desenvolvido para a remo o do produto radioativo que produzido e depositado nas paredes internas do porta alvo O vapor gerado bombeando se gua por meio de um tubo de Cu temperatura de 500 C que controlada por reguladores de temperatura autom ticos A gua for ada por meio do tubo com uma seringa acionada por um cilindro pneum tico em ciclos de 5mL at que toda a atividade seja removida das paredes Esta gua convertida em vapor e introduzida na c mara do alvo utilizando se uma v lvula Swagelok especial para altas temperaturas Um tubo de a o inoxid vel dentro da c mara de irradia o contendo um grande n mero de pequenos orificios tipo chuveiro na superficie permite uma distribui o de vapor no alvo O tubo est localizado dentro do porta alvo pr ximo superficie tal que o feixe de bombardeamento n o o atinja Cerca de uma hora ap s o fim da irradia o iniciado o processo de vaporiza o e a gua condensada contendo o material irradiado coletada no fundo da c mara de onde transferida para o recipiente de mistura As fra es de gua 63 de enxague s o coletadas em um recipiente de vidro no final do ltimo ciclo de vaporiza o pelo qual a maior parte da atividade do g s irradiado coletado A solu o misturada com um sal NaCl utilizando se g s h lio pressurizado A solu o misturada ent o coletada com o aux lio de uma se
76. car exponencialmente a produ o para atender a demanda igualmente crescente da popula o mundial A automa o uma tecnologia que pode ser aplicada nos mais diversos processos para gerar produtividade agilidade flexibilidade e bem estar Ela abre horizontes para que o ser humano multiplique seu potencial desenvolva sua criatividade e d in cio a uma nova era de realiza es onde certamente ele continuar sendo a Figura central respons vel pelas decis es Cabe a ele encontrar o melhor caminho 28 A estrutura b sica da automa o abrange a parte de campo onde ficam os componentes de opera o e detec o e a parte de controle que interagem entre si Os componentes de opera o s o respons veis pelas a es em um sistema e s o representados pelos atuadores por exemplo cilindros pneum ticos v lvulas etc Estes componentes de opera o reagem de acordo com os comandos de controle Os componentes de detec o promovem o di logo entre a opera o e o controle transmitindo para o controle as informa es referentes situa o dos componentes na opera o Eles s o definidos como sensores e podem ser mec nicos pneum ticos el tricos ou at pticos Os sensores monitoram corretamente a execu o dos trabalhos na opera o transmitem essas informa es para o controle por meio de sinais que representam fen menos f sicos movimento mec nico presen a ou n o de pe as etc Isto mostra a import n
77. ci ncia e desempenho sistema de rastreabilidade ISO 9000 etc No sistema desenvolvido foi utilizado um microcomputador e uma ferramenta de Software para desenvolver um sistema de gerenciamento que atua na supervis o do controle do processo e do sistema de manuten o o qual ser detalhado nos itens Arquitetura do Hardware e Arquitetura do Software N vel 4 Host Sistema de Gest o do Empreendimento Este n vel apesar de fazer parte da pir mide de sistema de controle n o foi aplicado em nosso controle do processo Por m a arquitetura permite a sua implanta o sem muitos investimentos No caso de radiois topos produzidos em ciclotrons uma vez desenvolvido o processo de controle experimentado em condi es normais de produ es rotineiras podendo ser implementado para o fornecimento comercial do referido radiois topo Todo o empreendimento possui duas reas de controle A primeira operacional onde est o todas as atividades produtivas e a segunda administrativa onde est o as atividades comerciais e financeiras Este n vel permite a integra o destas duas reas de forma a vincular a produ o as vendas obter informa es online sobre t rmino e envio de produtos finais integra o com clientes definir mix de produ o etc e normalmente requer uma interface entre o n vel 2 ou 3 com o computador central de uma determinada empresa por meio de uma interliga o via rede ethernet dev
78. cia da fun o detec o que estabelece um di logo entre os componentes de opera o e o controle informando a real posi o das unidades de trabalho O Controle a parte pensante do sistema que fornece por meio das informa es da opera o os sinais de comando para as unidades de trabalho Todo sistema necessita de controle para coletar as informa es dos sensores process las de acordo com objetivos preestabelecidos e emitir os sinais necess rios para que os componentes da opera o executem o trabalho desejado 29 30 O Controle tamb m a capacidade de aplicar automaticamente 16 algoritmos que ajustam os valores do processo e ainda mant m certos valores dentro dos seus limites especificados 31 2 2 1 Interface Homem M quina 2 O estudo das interfaces homem m quina tem por objetivo geral estabelecer um bom n vel de conversa o entre o usu rio de um sistema informatizado e este sistema no sentido de unir a inventividade e a criatividade do homem na solu o de problemas e a vigil ncia e capacidade de progn stico da m quina para controlar de forma segura e eficiente um determinado processo Na hist ria da evolu o dos sistemas interativos tr s for as impulsionaram o seu desenvolvimento primeira for a a econ mica aumentando se o acesso dos operadores aos dados uma empresa aumenta a produtividade e com isso seus lucros A segunda grande for a a seguran a O ho
79. cional a alta confiabilidade do sistema tal que o g s n o irradiado possa ser recolhido no final do bombardeamento ou ainda ser recuperado se ocorrerem falhas Na confec o deste alvo todos estes par metros foram considerados Para a recupera o do g s e uma eventual emerg ncia foi desenvolvido um sistema que permite o bombeamento do g s via m todo criog nico Este sistema cont m um dewar de a o inoxid vel para confinamento de nitrog nio l quido acionado por um cilindro pneum tico que congela o reservat rio do g s que consiste de um recipiente de a o inoxid vel com 50mL de volume conforme pode ser visto no desenho esquem tico da Figura 3 12 O recipiente de armazenagem e os tubos de conex o s o evacuados antes da transfer ncia do g s do porta alvo para o recipiente de armazenagem e vice versa Uma unidade de seguran a foi adicionada ao sistema de recupera o para evitar a perda do g s no caso de ruptura da janela que separa o porta alvo 62 da linha de feixe A ruptura detectada por mudan as de press o tanto na c mara do alvo como no circuito de h lio A mistura gasosa enviada ent o para um cilindro de 50mL o qual refrigerado com nitrog nio liquido Reservat rio De G s Cilindr Pneum tico Figura 3 12 Sistema de bombeamento do g s via m todo criog nico com dewar de a o inoxid vel acionado por um cilindro pneum tico Um sistema de gera o de vapor e l
80. cionamento dado ao presente trabalho O principal objetivo foi o desenvolvimento da automa o considerado completado com os testes e simula es dos tr s porta alvos instalados nas linhas de feixe Outro fator o desempenho dos tr s porta alvos no que diz respeito ao rendimento do radiois topo obtido que uma fun o direta da intensidade de corrente que pode ser colocada no alvo No caso do presente trabalho a inten o foi usar tr s sistemas completos que podem ser considerados como pontos de partida bastante realistas para serem utilizados e ou adaptados para poss vel uso em produ es O fundamental que a sequ ncia l gica de opera o est automatizada com in meros pontos de retorno de informa es e condi es de seguran a Isto importante de ser citado pois para os testes estava dispon vel o ciclotron CV 28 portanto com corrente externa dispon vel muito aqu m da dispon vel no Cyclone 30 para produ es comerciais 300uA Assim irradia es com baixas correntes com certeza n o trariam situa es reais de anomalia Em termos de automa o isto seria equivalente a induzir situa es de emerg ncia para verificar a resposta do controle Deve ser enfatizado que uma vez solicitada pelo controle uma determinada etapa por exemplo tombamento do alvo criog nico esta tarefa era realmente executada no sistema de irradia o e uma determinada anomalia era induzida no porta alvo sendo esta ocorr ncia
81. com diversos tipos de rede utilizando o crit rio user friendly o que torna seu uso bastante simples e n o necessita de um alto n vel de especializa o em linguagens de Software ou an lise de sistemas 76 77 Este mini CLP modular normalmente utilizado em diversos processos industriais a saber e M quinas especiais de pequeno e m dio porte e M quinas t xteis e M quinas de embalagem e Controle de m quinas de bens de capital e Ferramentas de m quinas de embalagem e Engenharia de instala es e Ind stria eletro eletr nica Ele foi projetado e constru do conforme as seguintes normas nacionais e internacionais e ABNT Associa o Brasileira de Normas T cnicas e NBR3 Norma Brasileira Ne3 e DIN Deutsches Institut F r Normung e JUL certificate Unders Writers Laboratories Certificate 84 e CSA certificate Chamber Shipping of America Certificate e FM class 1 div 2 grupo A B Ce D temperature group T4 lt 135 C e ABS American Bureau of Shipping e Bureau Veritas e Germanischer Lloyd e Lloyds Register of Shipping O Sistema CLP S7 300 utiliza uma unidade central de processamento CPU com configura es diferentes de tens o de alimenta o M dulos de Sinais SM onde cont m os m dulos de entradas e sa das anal gicas e digitais m dulos de fun es especiais denominados de FM s processadores de comunica o via barramento conex es ponto a ponto e interface M dulo de Font
82. das de cada feixe do Cyclone 30 ou guiados para a rea experimental por meio de linhas de transporte de feixe Muitos alvos espec ficos s o utilizados para a produ o de uma variedade de radiois topos utilizados em SPET e PET 48 Figura 3 4 Trajet ria da part cula no Cyclone 30 para diferentes n veis de energia O campo do im principal concentrado sobre quatro setores com uma abertura estreita que reduz a pot ncia el trica necess ria para estabelecer o campo magn tico A estrutura do im um compromisso entre ciclotrons compactos e de setores separados O campo magn tico integrado para cada volta da part cula de um valor tal que o tempo que a part cula leva para fazer uma volta sempre constante independente de sua energia ciclotron is crono Os quatro vales profundos sim tricos da estrutura magn tica focalizam o feixe durante a acelera o e al m disso reduz as perdas do feixe Os setores s o separados por vales profundos aproximadamente 1 metro que acomodam as cavidades de RF Dois eletrodos D s localizados em vales opostos s o ajustados para 50kV em uma frequ ncia de 66 MHz A baixa capacit ncia dos D s e a geometria especial dos ressonadores permitem que esta tens o seja atingida com uma faixa de dissipa o de pot ncia de 5kW por cavidade Os D s est o localizados em dois vales opostos do magneto e cada De suportado por uma haste vertic
83. de controle com rel s podem ter um alto custo para sistemas complexos s o de dif cil reconfigura o e manuten o provocam um consumo alto de energia t m velocidade de opera o moderada e possuem uma baixa confiabilidade Atualmente estes tipos de pain is n o s o mais alternativas confi veis para uma aplica o industrial complexa onde a flexibilidade a facilidade de manuten o e resolu o de problemas s o muito importantes Os circuitos de controle de pain is que utilizam rel s s o geralmente desenhados usando se os chamados 29 diagramas el tricos ladder Eles diferem levemente de diagramas de fia es el tricas convencionais j que n o mostram o arranjo f sico dos componentes mas enfatizam a fun o de cada circuito em um diagrama de contato Eles consistem de uma s rie de circuitos paralelos que em ess ncia representam um programa que controla a sequ ncia de opera o em um dado processo Sendo circuitos el tricos em paralelo fornecem a vantagem de resolver todo o controle l gico simultaneamente e praticamente instantaneamente Os CLPs superam todas as falhas de pain is de rel s e atualmente s o amplamente utilizados como controladores em automa o industrial Na poca que eles foram introduzidos foram recebidos com muito sucesso pois faziam uso da linguagem ladder muito usada nos diagramas el tricos com os quais Engenheiros e Eletricistas estavam familiarizados Por outro lado uma
84. de CLP estar apto a absorver as mudan as que um futuro deve trazer a Siemens ofereceu uma plataforma de um sistema completamente inovado que o SIMATIC S7 O CLP SIMATIC S7 pode ser utilizado em v rios processos e Controle de processo de looping fechado e Controle de processos de posicionamento e Controle de processos com an lise proporcional derivativo e integral com realimenta o e Controle de v lvulas etc Por esta raz o optou se pelo uso dos m dulos denominados inteligentes que s o m dulos microprocessados que executam em tempo real fun es 83 especiais de modo independente e em paralelo a outras fun es necess rias ao controle geral de um processo A fam lia do SIMATIC oferece um conceito bastante atrativo de um dispositivo de programa o de baixo custo comparado com as alternativas do mercado que fazem uso de um microcomputador IBM compat vel e utilizam sistema operacional Windows 98 ou NT No item Configura o do Software ser detalhada esta ferramenta Neste trabalho foi utilizado o SIMATIC S7 STEP7 300 S7 300 que um sistema mini CLP modular normalmente utilizado em sistemas de configura o de pequeno e m dio porte com uma variedade de m dulos para adapta o em qualquer n vel de automa o e flexibilidade em sua aplica o Isto se deve ao fato de que ele possui uma estrutura simplificada para implementa es distribu das e capacidade de conex o
85. de tempo e investimentos A tecnologia de automa o sem d vida um elemento fundamental para o aumento da efici ncia das plantas industriais O dom nio da tecnologia de automa o ben fico porque normalmente era necess rio ter uma rela o constante do usuario com os fornecedores sempre que se quisesse realizar uma otimiza o do processo ou manuten o Com este dom nio isto n o mais necess rio podendo ser feita pelo pr prio usu rio A tend ncia agora substituir os sistemas antigos passando para o controle com CLP Na rea de automa o as mudan as relacionadas ao dom nio e ao uso mais intensivo de tecnologias de processos puderam ser percebidas significativamente na ltima d cada No caso do IPEN foram importadas plantas inteiras completas em termos de processo de automa o Por esta raz o era comum encontrar nestes segmentos sistemas de controle que segundo o operador passaram por s rios problemas quando as substitui es por manuten o ou modifica es come aram a ser necess rias O principal resultado da implanta o deste sistema a independ ncia de se ter operadores especialistas em irradia o de alvos simplificando o perfil do operador reduzindo custos e aumentando as op es deste recurso COMINGAN PECAR CF ENERGIA NUCLEAR SP Pts 141 CAP TULO 6 CONCLUS ES A automa o de sistemas de irradia o apresentada no presente trabalho abrange uma vari
86. dernas Melhoria do desempenho dos equipamentos integra o dos processos e seus limites e redu o de parada por erro humano Facilidade de repetir processos sem necessidade de realizar setups do equipamento Flexibiliza o de controle de processos totalmente diferentes com tempo de setup pequeno O dom nio da tecnologia foi alcan ado com Uso de sensores modernos mais eficientes precisos e resistentes Controle por CLP aumentando a flexibilidade e diminuindo o tempo para 139 reestrutura o do sistema de comando no caso de inten o de ampliar o n mero de processos Sistema de Monitora o e Gerenciamento proporcionando a intera o homem m quina com informa es online mais precisas e tratando estas informa es de modo a melhorar o desempenho do sistema como um todo Com a implementa o de uma automa o deste tipo pode se obter uma melhoria da capacidade de produ o de radiois topos possibilitando Ampliar o n mero e ou a quantidade de radiois topos produzidos Utilizar informa es para realizar manuten o pr ativa preventiva por meio de an lises estat sticas dos pontos de falhas diminuindo a manuten o reativa corretiva e consequentemente reduzindo o n mero de defeitos e aumentando a disponibilidade do equipamento para as irradia es Diminuir o tempo para execu o da produ o aumentando a capacidade produtiva destes radiois topos A capacidade de aumen
87. dernos conforme mostra a Figura 3 21 gt Host N Nivel 4 Gerenciamento gt a gf do Processo Se N vel 3 Sa ri Controle do Processo Me Nivel 2 auo o o N o y Controle dos Equipamentos y N vel 1 Figura 3 21 Pir mide do Sistema de Automa o 3 74 N vel 1 Controle dos Equipamentos O controle dos equipamentos compreendido por todos os elementos de controle instalados no campo equipamentos eletromec nicos necess rios para o funcionamento deles Os componentes utilizados se encontram entre os mais 74 modernos no mercado mundial e seguem os conceitos apresentados anteriormente N vel 2 Controle de Processo Este n vel o respons vel pela parte operacional do controle de processo onde os sinais recebidos pelos elementos de campo s o avaliados e tratados por meio de uma l gica de controle do processo gerando as sa das de controle e de dados Neste projeto foi utilizado o CLP Controlador L gico Program vel um equipamento moderno e de elevada tecnologia proporcionando alta flexibilidade O CLP um equipamento eletr nico que utiliza um conceito de processamento de informa es por meio de um Software aplicativo desenvolvido para o controle do processo Permite ainda que o conceito de sistema de controle integrado seja usado no sentido mais completo Ele executa o controle do processo cria informa es e dados que s o utilizados no
88. e no alvo dada em pA e esta deve ser integrada no tempo para controle da carga 56 depositada Q dada em uA h que utilizada no controle da atividade final do produto obtido pela irradiac o Figura 3 8 Distribuidor Magn tico Linhas de Feixe e Local onde foram montados os Sistemas de Irradia o do Ciclotron CV 28 do IPEN CNEN SP A Figura 3 9 mostra um diagrama esquem tico de um sistema de irradia o INTERFACE CY CiCLOT RON PORTA AL VO CVALVULA TE FEIXE LEQUIDO Y a COLIMADOR o PORTA AL VO S6LIDO PORTA ALVO E GASOSO o O p PORTA AL VO Figura 3 9 Diagrama esquem tico de um Sistema t pico de Irradia o de Alvos 57 Para este trabalho um sistema de irradia o foi desenvolvido de modo a permitir a execu o do Projeto de Automa o Desta maneira no processo de irradia o para o feixe atingir o alvo necess rio abrir a v lvula de feixe v lvula de interface tornando o conjunto ciclotron sistema de irradia o uma c mara de v cuo em equil brio Uma sequ ncia geralmente adotada e que serviu como procedimento de controle para o projeto pode ser descrita a l Pr v cuo um sensor tipo Pirani indica dois n veis de press o da ordem de 10 2mbar e press o atmosf rica Uma das condi es necess ria para a v lvula de feixe poder ser aberta a press o no sistema atingir um valor de 10 2mbar Caso esta seja maior que este valor ela dev
89. e 1 C Acetato que um importante radiof rmaco utilizado em PET para estudo do metabolismo do oxig nio no mioc rdio humano O NC era produzido pela rea o 14N p a C no ciclotron Scanditronix MC40 com feixe de pr tons de 30uA e 19MeV durante 1min Um CLP produzido pela Siemens AG foi usado para chavear v lvulas para capturar prender e liberar o C Dioxido de Carbono inicial e para todas as opera es de chaveamento subsequentes O procedimento de s ntese foi facilitado pela automa o com o CLP j que somente a transfer ncia de flu dos foi controlada evitando se a necessidade de realizar extra es dificeis e longas al m de destila es ineficientes Hammond et al 69 em 1997 projetaram e operaram um porta alvo gasoso para irradia o de 82Kr e produ o de 8 Rb no ciclotron MRC de Londres para prepara o de geradores de 8lmKr Este ltimo tem sido fornecido desde 1975 para diversos departamentos de Medicina Nuclear da Inglaterra e utilizado em diagn sticos de ventila o pulmonar Um porta alvo com uma janela de 25mm de espessura e um volume interno de 190mL foi pesquisado inicialmente A energia e a corrente do feixe de pr tons foram otimizadas irradiando se g s natKr Nos experimentos com g s 82Kr enriquecimento gt 90 foram empregados 30MeV degradada at 27MeV em folha dupla de Aluminio de energia e 30uA de corrente de feixe de pr tons Uma sequ ncia autom tica foi desenvolvida utilizand
90. e comunicar com outros dispositivos que atuam sobre diferentes plataformas O Unisoft gerencia a troca de dados entre dispositivos e tem a capacidade de adapt los adequadamente Possuindo vers es para Windows 9x NT 2000 o software da Unisoft permite a cria o desde interfaces de visualiza o de dados at a integra o completa de sistemas com dados distribu dos em rede local 97 O Unisoft fornece as fun es necess rias para controle e supervis o de processos MMI Man Machine Interface interface homem maquina assim como para armazenamento e aquisi o de dados SCADA Supervisory Control And Data Acquisition oferecendo assim uma poderosa ferramenta para a automa o de processos importante salientar que o primeiro passo em automa o utilizar recursos t cnicos e humanos da maneira mais eficiente poss vel Os pain is tradicionais de Salas de Controle podem ser substitu dos e ou acrescentados por um computador e uma interface gr fica sendo executada pelo sistema Unisoft tendo a capacidade de monitora o em tempo real de todo o processo Desta maneira est o dispon veis poderosas ferramentas para a apresenta o de dados em formatos gr ficos num ricos e tipo texto de maneira muito acess vel Al m da funcionalidade esperada para um sistema completo de supervis o e controle de processos o Unisoft tem v rias caracter sticas inovadoras O Editor de Telas da Unisoft coloca disposi
91. e controles continuos estejam dispon veis No presente trabalho todos os elementos do sistema s o controlados por uma nica unidade para todos os tipos de alvos Uma vantagem que este controle pode ser feito por um operador em um terminal nico e consiste em um processo completo desde o in cio da opera o carregamento do alvo acompanhamento da irradia o o subsequente descarregamento do alvo e finalmente o envio dele para processamento qu mico Todas as etapas do processo aparecem em uma tela e servem para manter o operador informado sobre o que est sendo feito em qualquer tempo particular Assim se os par metros estiverem dentro dos limites preestabelecidos o processo continua Caso contr rio um programa tenta corrigi lo para traz lo dentro dos limites permitidos 1 3 ORIGINALIDADE Conforme enfatizado nos objetivos o trabalho visa a aproveitar o investimento feito pelo IPEN que foi a aquisi o de um novo ciclotron destinado a produ o de radiois topos que proporcionou a utiliza o do ciclotron CV 28 somente para pesquisas e uma linha de irradia o no Cyclone 30 com possibilidade de irradia es de alvos nos tr s estados f sicos Em rela o automa o de alvos diversos trabalhos t m sido publicados 0 11 12 13 14 e alguns sistemas est o dispon veis comercialmente Os comerciais geralmente s o projetados para um determinado tipo de radiois topo n o podendo ser usado como um padr o
92. e de Alimenta o PS M dulo de Interface IM para conectar rack s de expans o M dulo de Mem ria MSM que utilizado para arquivar o programa com seguran a para o caso de falta de alimenta o e aus ncia de bateria A Figura 3 24 mostra o esquema do CLP SIMATIC S7 300 fabricado pela Siemens e aplicado neste projeto Lat E TS DA mior aos module Figura 3 24 Esquema do CLP SIMATIC S7 300 da Siemens aplicado neste projeto No controle do processo foi escolhida a CPU 314 pois atendia a todos os requisistos a saber capacidade de mem ria disponibilidade de fun es pontos de entradas e sa das n mero de contadores e temporizadores etc A Tabela 3 3 mostra as especifica es t cnicas desta CPU Tabela 3 3 Especifica es T cnicas da CPU 314 75 Mem ria de Trabalho Integral Mem ria de Carga e Integral e Expandida Velocidade de Processamento Bits de Mem rias e Retentividade Ajust veis e Pr selecionados Contadores Mem rias de Rel gio Dados Locais e Total e Por classe de Prioridade Entradas Digitais Saidas Digitais Entradas Anal gicas Saidas Analogicas OB s Blocos de Organizacao FC s Fun es FB s Bloco de Fun es Rel gio de Tempo Real Contador de Horas de Opera o e N mero e Varia o do Valor e Seletividade e Retentivo Bateria de Back Up 6 24 kByte 40 kBytes RAM 4 MB FEPROM Cart o de Mem ria Aproximadamente 0
93. e no sistema de extra o Os ons s o gerados por uma fonte do tipo Penning montada na posi o radial e localizada no centro da c mara de acelera o do ciclotron Ela utiliza c todos aquecidos pelos pr prios ons c todos quentes eliminando assim a necessidade de um filamento e conta com a possibilidade de ajuste tridirecional para efici ncia na gera o de ions Estes ions gerados s o acelerados por dois eletrodos em forma de D s de 90 que est o conectados a um conjunto indutor localizado no sistema de radiofrequ ncia o qual funciona como um circuito ressonante de meia onda 45 O feixe interno pode ser monitorado e otimizado em qualquer raio de acelera o por meio de uma ponta de prova dispositivo que remotamente controlado possibilitando assim medir a posi o e a intensidade do feixe Este dispositivo pode ser completamente retirado permitindo que o feixe passe por um canal de extra o 9 No ciclotron CV 28 os pr tons s o extra dos por um canal eletrost tico defletor Ele formado por um septum l mina feito com uma chapa de cobre muito fina aterrada 0 3 a 0 7 mm e um eletrodo negativo barra paralelo localizado a uma dist ncia de 3 mm para produzir um alto campo eletrost tico elevado 150 kV cm necess rio para extrair a ltima rbita das part culas normalmente largura de 1 mm e separadas da rbita precedente por Imm Mesmo com uso de t cnicas de ex
94. e ser fechada automaticamente a 2 Refrigera o no caso de alvos s lidos e gasosos Uma chave de fluxo indica passagem de gua e um termopar indica a temperatura da gua de refrigera o Caso a temperatura ultrapasse um valor preestabelecido ou ocorrer uma anomalia na refrigera o o Beam Stopper acionado bloqueando o feixe Se o problema persistir ap s um per odo de tempo a v lvula de feixe deve ser fechada a 3 Press o na janela do alvo um sensor de press o indica a press o do g s h lio de refrigera o nas janelas Caso ultrapasse um limite superior preestabelecido a v lvula de feixe deve ser fechada a 4 Interface ciclotron Sistema de Irradia o a v lvula de feixe aberta indica que o sistema est em condi es de ser irradiado e ela fecha automaticamente quando ocorre qualquer anomalia a 5 Controle de corrente de feixe no alvo Um sinal de corrente I de feixe medido Copo de Faraday e integrado no tempo carga Q O Idt O valor de Q define a carga total depositada no alvo Portanto a dose final que solicitada pelo usu rio um comparador para determinar o final da irradia o a 6 Coleta do alvo irradiado Ap s a irradia o o material alvo dever ser coletado e enviado para uma sala de manipula o Hot Cell Para cada tipo de alvo s lido l quido ou gasoso existe uma sequ ncia de opera es t picas e 58 diferenciadas que ser o citadas poste
95. eV e corrente de 15uA A c mara de irradia o com volume de 23 6mL possu a 200mm de di metro e 75mm de comprimento e era feita de alum nio A janela do porta alvo era de Al com 400um de espessura O material alvo consistia de gas tKr com uma densidade superficial de 530mg cm correspondendo a uma perda de energia do feixe de pr tons de aproximadamente 24 7MeV no alvo A press o inicial era de 2 0MPa e aumentava at 3 5MPa durante a irradia o Os is topos de Rb produzidos no alvo eram dissolvidos em gua contendo Rb como carregador A solu o radioativa era transportada por um sistema capilar at uma hot cell Utilizando este sistema 18GBq 486mCi de siRb puderam ser obtidos no final de uma irradia o de 5h Usando alvo enriquecido em 82Kr a atividade p de ser aumentada at 140GBq 3 78Ci de 81Rb Firouzbakht et al 88 em 1999 descreveram m todos de produ o de 13N Am nia no ciclotron do BNL 60 New York EUA pela rea o 6O p a SN utilizando um porta alvo c nico criog nico confeccionado em prata possuindo aletas para melhorar a refrigera o O di metro de entrada era de 2 5cm comprimento de 5cm e ngulo de 15 Os alvos empregados foram di xido de carbono CO2 congelado e gua H20 pura congelada Particularmente este tipo de projeto alvo c nico criog nico importante em aceleradores de baixa energia e alta corrente de feixe pois pode ser usada uma janela muito fina ou nenhuma
96. edade de par metros de interface homem m quina desde pain is de controle e campo at a arquitetura dos softwares sempre procurando atender s necessidades espec ficas que cada caso exigia Os dispositivos foram escolhidos de tal forma a representar um compromisso entre a tecnologia de ponta do mercado internacional e a realidade brasileira buscando sempre uma rela o custo benef cio conveniente com as necessidades b sicas de cada aplica o em particular Seguiu se a tend ncia adotada nos sistemas de irradia o de alvos para a produ o de radiois topos com uma constru o compacta do painel de campo que al m de conter todos os elementos tais como v lvulas cilindros pneum ticos seringas etc servia como suporte dos porta alvos O sistema desenvolvido conta com alta tecnologia em CLP que alia conforto e praticidade para os operadores os quais podem administrar o processo por interm dio de um computador com a ajuda de um Sistema Supervis rio Assim mediante uma interface gr fica animada e de alta defini o o sistema fornece informa es claras e objetivas de toda a opera o permitindo identificar e corrigir qualquer anormalidade instantaneamente No sistema desenvolvido todas as fun es necess rias para a utiliza o dos respectivos dispositivos de irradia o solicitadas pela interface Operador PC s o realmente executadas pelo sistema via CLP seguindo a l gica de controle determinada e em
97. eguintes testes onde foi simulada toda a sequ ncia e l gica de 102 opera o necess ria para a irradia o de alvos Testes de interliga o do Painel de Campo com o Painel de Controle Tens o aplicada na fia o Teste de funcionamento el trico e mec nico Verifica o da polaridade e dos instrumentos de medi o Verifica o do funcionamento dos rel s de prote o Verifica o da continuidade das liga es de sa da Verifica o do sentido de rota o dos motores Posicionamento de fim de cursos tanto para chaves el tricas como para cilindros pneum ticos Tamb m foram feitos testes de funcionamento do Sistema Integrado tais como Teste funcional simulado Ajuste dos elementos de campo chaves fim de curso Teste de funcionamento do sistema em vazio Testes em vacuo para verifica o da estanqueidade do sistema Teste de funcionamento com carga e de desempenho 3 6 1 1 Testes em Vazio Inicialmente foi feita uma verifica o visual na instala o em geral observando se a exist ncia de conex es el tricas deficientes ou equipamentos danificados Ap s a retirada de todos os fus veis e serem desligados todos os disjuntores foi feita alimenta o geral trif sica de entrada do Painel de Controle com tens o de 220VAC sendo medida a tens o de linha na entrada do sistema A opera o do sistema foi feita por partes energizando se a fia o equivalente a cada circ
98. eis de desempenho Investimento seguro em software mesmo no caso de inova es no hardware j que atualiza es e melhorias s o continuamente incorporadas ou seja uma valiosa contribui o para proteger investimentos futuros af E Hr Manager Ipen ysl ie Edt Insert PLC View Options Window Help D Ipen_gsl SIMATIC 300 1 Y cruza 51 97 Programi DI Source Fies Blocks Station Edt Inset PLC View Options Window O Tm Ojele ej mix DIB2x0C24Y Md Coda D032xDC244 0 5A DOD32xDC24470 54 418x128 ETE 117 O FCI y FC12 O FC15 q FCI8 O FC21 y FC24 q FC27 y FC30 D FC33 q FC36 43 FC33 q FC42 y FC45 D FC48 gt FC53 G FC56 Q FC62 FC101 DO32DC24V 0 54 6ES7 322 1BLO0 0AA0 E DO32xDC24V 0 54 _ 6 57 322 18L00 04A0 _AI8x1281 BES 331 7KF01 0ABO GES7 331 7KFO1 DABO GES7 332 5HD00 04B0 E q mes a pe 4 Tawar Symbol Table Edt Inset View Options Window Hep aluj a ala a Symbol Address Q 133 BOOL 663 V43 ABRE M 43 0 BOOL 664 V43 CONDICAO A M 433 BOQL 665 V43 FALHA M 432 BOOL 666 V43_FECHA M 41 BOOL 667 V43_MONITORACAO MB 94 BYTE 668 V43 ROTINA FC 43 FC 43 669 V43 TEMPO T 43 TIMER 670 vea Q 134 BOOL 671 vas ABRE M 440 BOOL 672 v44 CONDICAO A M 483 BOOL 673 VM FALHA M 442 BOOL 674 v44 FECHA M 441 BOOL 675 V44_MONITORACAO MB 9 BYTE 676 V44 ROTINA FC 44 FC 44 677 V44 TEMPO T 44 TIMER 678 vas Q 135 BOOL 679 V45_ABERTA 26 BOOL 680 V45_ABRE M 450 BO
99. el trica Um travamento mec nico desta v lvula n o acusado e a c mara do alvo portanto n o preenchida Mesmo assim o processo pode ser continuado No envio do material irradiado para o m dulo de processamento ocorre o mesmo No presente trabalho prop s se um sistema que tamb m corrigisse estas falhas CAP TULO 2 FUNDAMENTOS TE RICOS E REVIS O DA LITERATURA 2 1 PRODU O DE RADIOIS TOPOS Os radiois topos podem ser aplicados em muitos campos particularmente em Medicina Biologia e na Ind stria Ao contr rio da pesquisa b sica fundamental envolvendo is topos radioativos os estudos que visam suas aplica es requerem que eles estejam dispon veis em quantidade suficiente e com alta pureza 15 16 Na Medicina em particular os radiois topos podem ser utilizados tanto em terapia como em diagn stico e possuem uma s rie de restri es para sua escolha meia vida natureza e energia da radia o comportamento biol gico do produto compatibilidade com o desempenho do equipamento e o tipo do exame a ser efetuado Estas restri es levam utiliza o de radiois topos com meia vida variando de minutos at dias 15 16 17 1819 A Tabela 2 1 mostra os radiois topos produzidos em ciclotrons mais usados na Medicina Nuclear Tabela 2 1 Radiois topos produzidos em Ciclotron mais usados na Medicina Nuclear 15 17 18 Nucl deo Meia Vida Exemplos de Uso Imagem e metabolismo cerebral fl
100. elas A primeira mais global simplesmente uma representa o gr fica bastante sintetizada do estado de alarme de todas as unidades do sistema Com o aux lio desta tela poss vel observar qual unidade do sistema tem seu funcionamento mais fora dos padr es e dirigir para esta unidade as aten es de opera o A esta tela sucedem se outras com detalhamento progressivo da informa o em alarme at o ponto de se obter instru es quanto solu o do problema ocorrido 21 2 3 REVIS O DE LITERATURA 2 3 1 Alvos e Porta alvos Michael et al 63 em 1981 reportaram o desenvolvimento de um porta alvo s lido para a produ o de 1231 pela rea o 124Te p 2n 23I no ciclotron CV 28 de J lich Alemanha O alvo consistia de 12 Te com enriquecimento maior que 99 na forma de 24TeO2 fundido em uma placa de Pt e fixo por suc o em uma cavidade na parte m vel do porta alvo Em seguida esta parte m vel era fechada por interm dio de um pist o pneum tico A refrigera o com gua era feita na parte anterior e posterior do alvo geometria 41 Uma janela de Havar separava o alvo do v cuo da linha de feixe Ap s as irradia es a refrigera o era desligada e o alvo era desprendido da parte m vel do porta alvo pela quebra de v cuo caindo em uma blindagem de Pb Todas as manipula es no porta alvo exceto a coloca o do alvo na cavidade eram realizadas e controladas por sistemas de chaveamento a rel s conv
101. em ser cumpridas a In cio do Ciclo 1 Pr v cuo 2 Refrigera o com gua e ou g s h lio 3 Carregar Porta Alvo com material a ser irradiado b Irradia o 1 Abrir interface do Sistema de Irradia o com o ciclotron 2 Controle de corrente de feixe no alvo 3 Monitora o de v cuo 4 Monitora o de temperatura e press o c Final do Ciclo 1 Desligar refrigera o Purga Ventila o Coletar o material irradiado J gt N Transportar o material irradiado para a c lula de manipula o Mais especificamente para cada tipo de porta alvo o processo para controle deve possuir as seguintes fases aj Fases do processo para controle do alvo s lido Procedimento 1 Instalar porta alvo na linha de feixe 2 posicionar por suc o o alvo no porta alvo 3 travar o alvo 4 fazer pr v cuo 5 circular gua de refrigera o 6 abrir v lvula de feixe 7 IRRADIAR 8 desligar refrigera o 9 purgar para retirada da gua residual utilizada na refrigera o 10 ventilar para quebrar v cuo 11 soltar o alvo 12 coletar o alvo em uma c psula 13 enviar alvo para a c lula de manipula o 69 O esquema da Figura 3 17 ilustra o processo para o controle do porta alvo s lido a ELE A a a CEPIS ESSE i Wu Figura 3 17 Processo de Controle do Porta alvo S lido b Fases do processo para controle do alvo gasoso Procedimento 1 Fazer vacuo 2 Refrigerar
102. em um tratamento para torn las livre de umidade ou de hidrocarbonetos Suas principais aplica es v o desde combust veis para m sseis ao congelamento de alimentos O volume de nitrog nio l quido na c mara criog nica foi controlado por um sensor acoplado a um medidor e controlador de n vel Para os controles de rota o do tombador para coleta do alvo l quido controle das seringas do alvo gasoso e tamb m para o acionamento dos dewars utilizados na carga recupera o e emerg ncia do porta alvo gasoso foram utilizados cilindros eletropneum ticos com mbolo magn tico para a detec o sem contato direto das posi es finais e intermedi rias do curso Estes cilindros cont m amortecimentos internos regul veis nas posi es finais permitindo maior frequ ncia de opera o e sensores instalados com face na ranhura do perfil do cilindro dispensando um conjunto de fixa o adicional Estas ranhuras t m coberturas que transformam as laterais dos cilindros em superficies fechadas e tamb m protegem os cabos dos sensores contra danos Os sensores n o ficam salientes Nos atuadores das seringas foram utilizados cilindros pneum ticos sem haste que oferecem uma boa solu o para cursos longos ou quando h falta de espa o suficiente para a montagem de cilindros comuns Tamb m foram instalados neste painel v lvulas reguladoras de press o de precis o acopladas com dreno autom tico integrado e com man metro filtr
103. ema de radiofrequ ncia opera com uma frequ ncia fixa no intervalo de 6 0 a 25 5 MHz dependendo da energia e da part cula acelerada O im do ciclotron CV 28 consiste de tr s regi es de campo forte montes e tr s regi es de campo fraco vales simetricamente dispostos em azimute para fornecer focaliza o por setor do feixe de ions durante a acelera o Os montes s o fabricados com ferro e possuem forma de cunha com cerca de 60 de abertura O gradiente radial do campo magn tico controlado por bobinas de ajuste que permitem opera o com cada part cula em todos os intervalos de energia A armadura do im consiste de dois p los e duas pe as laterais ajustadas com precis o para manter uniformidade e alinhamento do campo magn tico entre os p los Tr s conjuntos de bobinas harm nicas controlam o primeiro harm nico do campo para uma tima efici ncia de extra o Os p los do im se fecham em duas partes formando uma c mara de v cuo que permite eleva o da parte superior dando acesso s regi es de cria o e acelera o dos ions para manuten o A c mara de v cuo conta com dois sistemas de alto v cuo compostos por duas bombas de difus o as quais atingem um v cuo final de 107 mbar que suficiente para ionizar apenas o g s injetado o qual posteriormente acelerado gerando o feixe de ons e tamb m para garantir o isolamento devido alta tens o gerada no sistema de radiofrequ ncia
104. en O aa AT TI NE RES A DEVERIA ERES TEU Juh paes o ds 831905 MIHIN a ti gil Davenport et al Hammond et Medemaetal E ssin retal Ciel Scanditronix MC40 foca tones ngater Alemanha Hungria a EEE A E ANA PA A DES A A A Sa a Ca ee NEE rpm RE Epon Comente fai MS Mess CEE A MES A AE AO Tempo min Ee ae Alvo Pureza EE ESSES ES Cn a Muga Votame Densidad O Oss ea Nz 0 1 O DO mo Y RJ S amp S i MI CI SE DT Isa A O METETE pa A a A potomegte Controle A A A A As _janela dupla de Ni qe __ Saitoetal__ Zeisler etal A A OTRO ENE ee ETE PEO IL IE IIA A A e Re eel N p o Cc N p 0 C Olp n a ee ee O Sobre sintese EE e o E o oT A O A AO TESS A A A o Aivo Pureza RAT ea Com Massa Volume Densidade Se NR S A E A orsa Quimia dr eo e a errer o TAN TAN AO NATI E Me IA APO LAO EAN RETA nner REET ELTON ER O TES EE A E E SIE A E NAAA AAA A
105. encionais O intervalo de energia incidente no alvo era de 22 4 a 20MeV As irradia es foram feitas com feixes de 30uA durante lhora Os rendimentos obtidos variavam de 3700 a 4440MBgq 100 a 120mCi no EOB End of Bombardment fim do bombardeamento Este sistema similar ao adotado pelo IPEN 24 durante muitos anos para a produ o do 123 e foi utilizado no atual trabalho na composi o do sistema de irradia o para alvo s lido Por m foi adaptado para alvos de Zn eletrodepositados em placas de Cu niqueladas para a produ o de 67Ga Shefer et al 64 em 1991 descreveram a produ o de radionucl deos usados em PET desenvolvidos no acelerador linear TANDEM TCA da Science Research Laboratories EUA Neste trabalho foram citadas as caracter sticas mais marcantes do TCA com uma compara o de custo benef cio de um ciclotron convencional para a produ o de radiois topos para PET Em particular descreveram especificamente um sistema de alvo c nico criog nico para a irradia o de H2180 em forma de gelo para a produ o de 18F sem nenhuma men o de automa o do processo Este tipo de alvo c nico foi a geometria de partida para o controle automatizado do alvo l quido no atual trabalho pois ele possui caracter sticas espec ficas que requerem praticamente 22 o maior n mero de etapas experimentais que qualquer outro tipo poderia apresentar O controle automatizado foi ampliado para a utilizac o de outro
106. encontro de um melhor aproveitamento do investimento feito pelo IPEN que foi a aquisi o do ciclotron Cyclone 30 Um dos fatores que levaram decis o de realizar a automa o do sistema de irradia o de alvos s lidos l quidos e gasosos foi a competitividade existente no mercado atual onde a excel ncia de uma produ o e a otimiza o de processos s o estrat gias importantes de sobreviv ncia Mas para alcan ar estas metas muitas vezes s o exigidas solu es nas quais a automa o deve estar presente de forma que se ajustem da melhor maneira s necessidades Sabe se que h duas principais raz es para automa o de alvos e de processamento redu o da exposi o de trabalhadores radia o e aumento da confiabilidade do m todo Quando a opera o remota e ou autom tica n o utilizada o operador quem decide quando ativar uma v lvula ou passar para a pr xima etapa possibilitando desta maneira a propens o ocorr ncia de um eventual erro Controladores L gicos Program veis CLP s ligados a malhas de realimenta o podem ser usados para controlar todas as condi es de processos e decidir o que deve ser feito Assim diversos par metros tais como temperatura press o v cuo fluxo de g s e de l quido entre outros precisam ser monitorados a fim de proporcionar dados para controle de processos Todas estas etapas podem ser automatizadas contanto que sensores apropriados garantam qu
107. ente 37GBq 1Ci de 13F F em menos de 45min de irradia o para s ntese de 8F FDG Tamb m foram discutidos os mecanismos de refrigera o e considera es do projeto para opera es de alvos de alta press o Fiser et al 7 em 1999 descreveram um projeto para a produ o do 8 1Rb e fabrica o de geradores SIRb 8ImKr O SIRb tiy2 4 58h e seu filho SimKr t1y2 13 3s constituem um gerador de radionuclideo para Medicina Nuclear sendo usado como uma ferramenta comum em estudos de perfus o e ou ventila o pulmonar As principais vantagens deste gerador s o as boas propriedades para gerar imagens do Kr E 190 4keV e a baixa dose de radia o em tecidos Em virtude da meia vida curta do pai 8 Rb estes geradores geralmente s o fabricados e distribu dos perto da rea de aplica o Um m todo t pico de produ o do iRb a irradia o de Kr gasoso pressurizado em um porta alvo utilizando se um acelerador O produto radioativo aproveitado por lixivia o com gua da c mara do alvo O projeto do gerador de Rb Kr utilizado em Medicina geralmente consiste de uma c psula contendo um meio s lido poroso carregado por um composto de Rb radioativo Em um departamento de Medicina Nuclear a c psula ligada a uma fonte de g s carregador em uma unidade blindada e o Kr radioativo ent o elu do e administrado sob condi es de fluxo controlado A produ o de Rb foi feita utilizando se feixe de pr tons de 31M
108. er utilizado como um alvo 25 26 a Ter um ponto de ebuli o alto de modo a suportar a densidade de pot ncia efetiva transmitida pelo feixe de ons durante a irradia o b Ter uma porcentagem alta de tomos do alvo propriamente dito para aumentar o rendimento de produ o c Ser est vel nas temperaturas atingidas durante a irradia o d Ser resistente tanto qu mica quanto fisicamente em rela o irradia o Um exemplo t pico de alvo l quido o de H2180 utilizado na produ o de 18F por interm dio da rea o nuclear 180 p n 8F 4 2 1 2 1 3 Alvos Gasosos Como caracter sticas b sicas os alvos gasosos devem 411 25 a Possuir de prefer ncia abund ncia isot pica alta no elemento alvo em fun o do radionuclideo de interesse uma vez que gases enriquecidos em determinados is topos s o excessivamente caros e exigem uma tecnologia de alvo complicada b N o ser de natureza explosiva c Ser ultrapuros uma vez que se deseja uma atividade espec fica alta A utiliza o de altas intensidades de correntes em alvos gasosos resulta em uma redu o na densidade do g s ao longo da dire o do feixe que sofre um alargamento devido ao espalhamento Desta forma conveniente a utiliza o de alvos c nicos que t m a vantagem adicional de necessitar de uma quantidade menor de g s sendo importante quando se utilizam is topos enriquecidos 2h As dimens es do porta alvo bem como a press o
109. era detectada pelo controle Assim todas as simula es feitas em laborat rios foram refeitas com os porta alvos instalados nas linhas de feixe Em todos os casos a irradia o foi simulada injetando se sinais de corrente no alvo nos quatro setores e no beam stopper Uma vez que a dose integrada atingia um valor pr fixado o beam 133 stopper e a v lvula gaveta eram fechados automaticamente Em rela o as outras etapas do controle cada uma possu a caracter sticas particulares conforme citado a seguir nos itens 4 3 2 1 4 3 2 2 4 3 2 3 4 3 2 1 Porta alvo S lido A simula o da operac o do porta alvo s lido mostrou que todas as etapas do fluxograma da Figura 3 28 apresentaram funcionamento de acordo com a l gica configurada tanto no modo autom tico como no manual Isto incluiu a fixa o do alvo no compartimento acionado pneumaticamente Uma vez que o pr v cuo atingisse um determinado valor pr fixado a refrigera o com gua era automaticamente ligada e verificada a press o o fluxo e a temperatura Os comandos referentes a estes sinais enviados ao CLP foram seguidos no monitor Nesta fase indu es de situa es de emerg ncia como por exemplo interrup o no fluxo de gua varia es anormais de corrente de feixe e temperatura do alvo foram provocadas com imediato reconhecimento pelo controle mostrando ao operador algumas situa es de emerg ncia e facilitando desta maneira a identifica
110. eram ser acompanhados na tela do monitor 4 3 2 3 Porta alvo Liquido Tamb m para o porta alvo l quido os ensaios foram feitos nos modos manual e autom tico e confirmaram que o desenvolvimento da l gica de controle segue na pr tica ao fluxograma mostrado na Figura 3 30 Neste caso quatro pontos principais foram verificados os quais s o considerados fundamentais para este tipo de porta alvo Preenchimento da c mara criog nica com nitrog nio l quido o sensor acoplado ao controlador de n vel enviava sinal ao CLP sendo acionadas as v lvulas de carga de nitrog nio O termopar colocado diretamente no cone indicava a temperatura do cone Simula es de perda de nitrog nio foram feitas com resposta positiva do controlador Rota o de 90 do conjunto inteiro do porta alvo sem movimentos laterais e sem problemas de estanqueidade em fun o da dobra do fole de acoplamento Fins de curso indicavam o posicionamento do conjunto Inje o de 1 ml de gua e fixa o no cone refrigerado com nitrog nio l quido Coleta da gua que foi congelada no cone ap s rota o de 90 e purga do nitrog nio l quido a gua foi transportada com uma bomba perist ltica a um recipiente e medido o volume coletado Volumes injetados de Iml n o resultaram em perdas mensur veis no volume coletado 135 Aqui tamb m todas as a es solicitadas pelo controle realmente eram executadas no sistema de irradia o e todos os retornos
111. ercialmente O trabalho n o mostrou de maneira clara quais os par metros que eram controlados no processo ou quais os tipos de realimenta o que foram utilizados Zeislers et al 13 em 1993 apresentaram tr s sensores especialmente projetados para uso na automa o da sintese de 18SFDG Descreveram o sistema de irradiac o que consistia de um porta alvo de alta press o e pequeno volume A s ntese qu mica do 18FDG era feita utilizando se estes detectores e 34 transdutores que forneciam um sinal conveniente para uma unidade de controle para monitorar a c mara do alvo aprisionamento e elui o do 18F por meio da coluna de troca i nica e tamb m na determina o do fim da evapora o dos solventes nos reatores qu micos do m dulo de processamento Singlachar et al 7 em 1997 relataram que o Australian National Medical Cyclotron NMC em Sydney Austr lia iniciou a produ o rotineira de radiois topos utilizados em PET e SPET em 1992 usando o ciclotron de ion Hr modelo Cyclone 30 fabricado pela IBA lon Beam Applications B lgica Desde ent o a produ o de radiois topos aumentou diversas vezes e o NMC fornece a totalidade dos pedidos de is topos de SPET 201T1 67Ga e 1231 e ainda os de PET 18F FDG 13N Am nia e 150 Agua para toda a comunidade australiana de Medicina Nuclear Eles consideram que um sistema de aquisi o de dados e controle supervis rio conveniente SCADA Supervisory Cont
112. eringas foram ajustadas com os seus respectivos cursos de atua o Foi verificado o sistema de transfer ncia do g s com o bombeamento via m todo criog nico Ap s o t rmino da instala o e montagem do hardware e a finaliza o da configura o do Software do sistema de irradia o automatizado partiu se para a opera o do sistema de forma geral A simula o foi feita integralmente em condi es de utiliza o real de um regime de produ o 4 3 2 Operacionalidade dos Porta alvos Conforme citado anteriormente os porta alvos foram preferencialmente confeccionados de forma a possu rem dois requisitos principais primeiro ligado diretamente automa o que eles possam representar a irradia o de alvos nos tr s estados f sicos s lidos l quidos e gasosos dando 132 uma abrang ncia a mais completa poss vel de toda a sequ ncia necess ria para irradia es Este fato tem uma implica o direta no desenvolvimento de uma automa o realmente significativa e de aplica o direta seja nas produ es rotineiras seja nas pesquisas em geral que utilizam o ciclotron como fonte de irradia o segundo diretamente direcionado ao uso em produ es de radiois topos que eles possam ser utilizados com materiais enriquecidos de custo elevado portanto direcionados ao uso de quantidades pequenas de material alvo Estes dois fatos s o de fundamental import ncia para compreender o dire
113. ermopares sensores de press o etc Os testes de estanqueidade tanto dos porta alvos como das tubula es conex es e v lvulas do Painel de Campo foram realizados utilizando se um Leak Detector da Edwards verificando desta maneira qualquer tipo de vazamento Isto permitiu que fossem feitos os ajustes para sua corre o 3 6 3 Ensaios com os Porta alvos Conforme citado anteriormente a obten o comercial de radiois topos n o foi o objetivo do presente trabalho assim a l gica de funcionamento do sistema de irradia o e o seu funcionamento em si carga do alvo retirada envio para o processamento etc foram os fatores primordiais para testes de automa o Uma vez que o controle automatizado se comporte de forma a cumprir todos os requisitos necess rios operacionais e de seguran a a meta ora proposta pode ser considerada como concluida O alinhamento dos tr s porta alvos com a linha de feixe foi feito utilizando se filmes fotogr ficos esta t cnica normalmente empregada neste tipo de verifica o de incid ncia e centraliza o do feixe com aux lio do sistema 105 de monitora o do feixe nos quatro setores e no colimador central Uma vez alinhados isto corretamente posicionados eliminados todos os poss veis vazamentos de v cuo gua e ar comprimido toda a sequ ncia l gica para cada porta alvo foi feita tanto no modo de opera o manual como no autom tico em simula es completas de ir
114. es Os motores e os dispositivos de irradiac o funcionaram de acordo com o esperado Todos os erros ocorridos durante a operac o do sistema de automac o foram anotados com respectivos m todos de correc o Nas opera es com carga o sistema de automa o permitiu uma avalia o do comportamento din mico do processo que teve sua valida o previamente confirmada pelas opera es em vazio Primeiramente foi instalada a alimenta o geral trif sica com tens o de 220VAC permitindo assim que fosse feita a opera o do sistema por partes energizando a fia o equivalente de cada circuito e possibilitando desta maneira a corre o de qualquer invers o que possa ter ocorrido durante a montagem Estas opera es foram feitas em vazio para evitar qualquer dano na carga Foram aferidos todos os instrumentos de medi o com valores padr es Todas as prote es foram simuladas em condi es cr ticas verificando se assim a sua atua o em caso de emerg ncia ou falha Foram ajustados as chaves fins de curso os cilindros pneum ticos com os seus respectivos dispositivos mec nicos e tamb m os sensores para as faixas de valores preestabelecidos Ap s estes ajustes e acertos das liga es foi feita a simula o do funcionamento do COMISS O NACIONAL GE ENERGIA NUCLEAR SP IPes 131 controle elementos de campo e porta alvos Nestas simula es foram ajustados os tempos de acionamento as etapas l gicas e
115. ess control system T Moore R Bork J Heefner S Basiti Nucl Inst Meth in Phys Res A In THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACCELERATOR AND LARGE EXPERIMENTAL PHYSICS CONTROL SYSTEMS October 18 23 1993 Berlin Germany Proceedings North Holland 1994 v 352 p 50 52 74 IMOTO J I Fundamentos do Controle Integrado de Processo e de Produ o No 3 CONGRESSO NACIONAL DE AUTOMA O INDUSTRIAL 19 23 Set 1988 S o Paulo Anais S o Paulo 1988 p 27 69 75 Manual do Usu rio SIEMENS Aparelho de Automatiza o SIMATIC S5 110 6ES5110 S o Paulo 153 76 SIEMENS AG 2000 Automation amp Drives Dispon vel em lt http www siemens com gt Acesso em 8 dez 2000 77 SIEMENS SIMATIC S7 300 and M7 300 Programmable Controllers Module Specifications Reference Manual SIEMENS AG 1998 Germany 78 SIEMENS SIMATIC Software System Software For S7 300 and S7 400 Systems and Standart Functions Reference Manual SIEMENS AG 1996 Germany 79 SIEMENS SIMATIC Software System Software For S7 300 and S7 400 Program Design Programming Manual SIEMENS AG 1996 Germany 80 SIEMENS SIMATIC Software Ladder Logic LAD for S7 300 and S7 400 Programming Manual SIEMENS AG 1996 Germany 81 SIEMENS SIMATIC Software Statement List STL for S7 300 and S7 400 Programming Manual SIEMENS AG 1996 Germany 82 SIEMENS SIMATIC Software Function Block Diagram FDB for S7 300 and S7 400 P
116. esso Com o desenvolvimento da t cnica de transmiss o pneum tica o controle pode ser mais centralizado agrupando se mais instrumentos em um mesmo painel Somente no final dos anos 50 houve a miniaturiza o do hardware de recepc o fazendo com que os antigos instrumentos de tamanho m dio 18x18 pol reduzissem para padr es at 2x6 pol Tamb m iniciava se a instrumentac o eletr nica a transistor permitindo a transmiss o eletr nica e a centralizac o da instrumentac o no painel de controle No in cio da d cada de 60 os computadores digitais com seus perif ricos de interface foram introduzidos na sala de controle que passou a conter informa es h bridas com a conviv ncia do computador digital e da instrumenta o de painel At muito recentemente esta era a situa o normal de opera o operadores que manipulavam computadores digitais ainda tinham como respaldo o apoio da instrumenta o anal gica utilizada principalmente em casos de acidente Os inconvenientes para este tipo de opera o s o claros o operador tem de aprender uma nova tecnologia e um di logo com a m quina sem poder perder a pr tica de manipula o dos instrumentos Pior ainda o di logo mais confort vel o mantido com o computador devia ser abandonado exatamente nas situa es de emerg ncia A grande revolu o aconteceu com o emprego dos microprocessadores A opera o e detec o voltaram ao campo enquanto que o controle central
117. essos de qualquer natureza Recursos como anima es gr ficos e hist ricos e muitos outros al m de uma extensa biblioteca tornam o Unisoft extremamente vers til Podem se destacar alguns itens que foram realizados com ajuda do Software da Unisoft para este sistema supervis rio An ncios de situa es de alarmes em cores diferenciadas das de opera o normal Tela com lista de alarme online e hist rico Registro da data e hora do in cio da irradia o Dispositivo de reconhecimento de alarmes Gr ficos em tempo real registrados como hist ricos permitindo a visualiza o de at seis vari veis simultaneamente correntes de feixe no alvo no colimador e nos quatro setores Relat rios com todas as informa es da irradia o Para interface com o CLP ou seja para a aquisi o de dados do controle o sistema de Supervis o Unisoft utiliza uma interface espec fica de software chamada de Driver de Comunica o Para os respectivos processos dos alvos s lido liquido e gasoso foram desenvolvidos os seguintes itens MA Confec o das telas sequ ncia de encadeamento e sele o independente para cada tipo de alvo Desenvolvimento de disparo de mensagens e eventos de alarmes Defini o dos procedimentos de navega o nas telas Esta aplica o utiliza todos os recursos dispon veis desta ferramenta bem como as do ambiente Windows por causa de sua compatibilidade O sis
118. est 127 sendo feito online n o sendo descartada caso necess rio a possibilidade de se fazer um levantamento do hist rico pois estes valores ficam registrados em mem ria Estes gr ficos tamb m est o dispon veis para impress o Projeto IPEN Inadia o de Alvos GR FICO DE TENDENCIA ONLINE File Tools GR FICO ON LINE T 1 4 E al E O E DS re F mhe a t e j A s 4 Figura 4 20 Tela desenvolvida para a obten o das tend ncias com as principais vari veis dos par metros do feixe Pode se observar na Figura 4 21 o modelo de relat rio confeccionado para este trabalho utilizando se a ferramenta do Unisoft Um relat rio detalhado pode ser obtido e impresso sempre que for solicitado sendo muito conveniente principalmente para o usu rio que precisa ter informa es dos par metros da irradia o Este levantamento completo facilita a visualiza o geral das condi es de irradia o representando um aux lio bastante valioso para suas an lises e interpreta es tanto para uma a o corretiva como para realizar um controle de qualidade 128 Fiequto PER imion de Abro Helat rio File Tools a Folha de Opera o O SISTEMA DE IRRADIA O Hora 09 16 51 Data 28 11 2000 Usu rio Operador gt Estado F sico do Alvo 7 ota Material Alvo o Radiois topo Ciclotron Linha de Feixe Dados do Feixe Part cula
119. even S7 Software from Siemens where all the steps are supervised in screens at a microcomputer The assembling and sequence of leading were developed using the software from Unisoft that keeps the operator informed about the work being carried out at any processing time o o NDICE CAP TULO 1 INTRODU O 1 1CONSIDERACOES GERAIS A aU E Di ad 1 1 2 OBJETIVOS ssasitescossecitoscocueateTECs TAI No RL 3 1 3 ORIGINALIDADE Shas a ss aval ca e iba suis cedida 4 CAP TULO 2 FUNDAMENTOS TE RICOS E REVIS O DA LITERATURA 2 1 PRODU O DE RADIOIS TOPOS cssccossecceccreseeece AAA SO 6 2 1 1 Aceleradores na Produ o de Radiois topos sa AO 7 2 1 1 1 Ciclotrons de Ions Positivos cl ssicos cocconooncooroccnnnno 7 2 1 1 2 Ciclotrons de Ions Negativos ooccoccoccocnnonorono senate eer 8 Rd VA DO Spa ara CSS UA TE ON LEGO SG of MPS PE as RIG ow Dak SR Ip cha See 9 2 1 2 1 Tipos de Alvos Utilizados na Produ o de Radioisotopos em CARCI GCOS dus isa SS ad im PELE CRP 10 2 Ll Alvas DOLO pa E SG LT sad AA 11 A AD en Alyvos LiQquUIdOS ais oie Rea seo p aa po De pe 12 ALES DAVOS GASOSOS ns WA ee ls rr UA 2 1 2 2 Sistemas de Alvos Utilizados em Ciclotrons Tere LS 2 1 2 2 1Sistemas para Irradia es com Feixes Internos 13 2 1 2 2 2 Sistemas para Irradia es com Feixes Externos 14 2 2 AUTOMA O no se ieee a IIE eee 15 2
120. horas por dia sete dias por semana Estas raz es s o suficientes para implementar algum tipo de automa o na ind stria a fim de melhorar e garantir const ncia nos padr es de qualidade com altos n veis de precis o Al m disso a automa o tamb m aumenta a reprodutibilidade de processos de produ o rotineiros sendo uma ferramenta mais eficaz para pesquisas fisiol gicas de causas anal ticas verifica o de modelos de processos e desenvolvimento de processos biol gicos Gaehle et al 4 em 1997 desenvolveram um sistema para a opera o remota do Tandem Cascade Accelerator TCA para a produ o de radiof rmacos marcados com 150 Foi utilizada uma rede de controle do TCA com conex es por telefone via modem A nova rede de modem foi estabelecida em seis computadores e permitiu controlar e ou monitorar o TCA al m de acompanhar os sistemas de produ o de radiof rmacos de qualquer um dos seis sat lites Sasaki et al 6 em 1998 descreveram a situa o dos sistemas de automa o em laborat rios cl nicos no Jap o que se iniciou em 1981 No caso dos autores eles come aram a desenvolver um sistema de laborat rio completamente automatizado em virtude da falta de m o de obra especializada Aproximadamente 72 dos hospitais universit rios no Jap o instalaram sistemas comerciais Havia uma tend ncia em hospitais com n mero suficiente de t cnicos de introduzir sistemas completamente automatizados em seus labor
121. i V16 GASOSO PR V CUO 012 4 36 36 L QUIDO REMO O NITROG IRRADIADO E 012 5 v37 V37 L QUIDO INJE O AR REMO O NITROG i 13 n van VAN T ONTDO TETEC O HE KMPIRRAR CARREG E El Press Fl fo holy fine Abs Nwz23 INS MOD SA Iniciar ias Bs Find Fest SIMATIC Manager lps WE LAD STL FBD F EYMicrosoftword _ BAER 09 44 Figura 4 12 Descri o dos elementos de comando e a fun o de cada linha de programa utilizando o Software SIMATIC S7 da SIEMENS 119 4 2 2 2 Configura o do Software n vel 3 Gerenciamento do Processo Na configura o do Software n vel 3 correspondente ao Gerenciamento do Processo foi desenvolvido um software de supervis o com opera o totalmente integrada para os tr s porta alvos Este software gerencia toda a produ o em tempo real permitindo a emiss o de relat rios e monitorando graficamente todos os valores controlados durante o processo desde a carga do material at sua coleta e transporte Qualquer falha de opera o monitorada e percebida instantaneamente permitindo uma r pida tomada de decis o e assegurando um indice de perdas pr ximo de zero A utiliza o do Software da Unisoft foi a solu o encontrada para a cria o de aplicativos para esta supervis o por ser mais acess vel amig vel e flex vel Com ferramentas espec ficas para a automa o substitui com vantagens solu es demoradas e caras sendo aplic vel em proc
122. ia em um conjunto de vistas do processo mostradas como esquemas gr ficos em telas de v deo supervis o e em dispositivos de acionamento que transferem m quina a vontade do operador controle Este conjunto gr fico interativo a console de opera o Painel de Controle ou esta o de trabalho workstation a partir da qual um operador sentado comanda o processo A console de opera o composta de forma m nima por um v deo e um dispositivo de entrada teclado mouse pode ainda estar equipada com impressoras registradores gr ficos registradores de vozes pain is de alarmes e outros dispositivos de apoio opera o A comunica o entre a m quina e o homem feita por interm dio de recursos visuais telas e sonoros sinais de alarme As telas s o organizadas de forma hier rquica possibilitando uma vis o global que se refina at o detalhe de um instrumento Outras telas s o apresentadas de forma sin tica com representa o gr fica de s mbolos que remetem o operador planta controlada Os alarmes sonoros servem para chamar a aten o do operador para alguma ocorr ncia no campo uma vez que o processo de percep o humana um processo volunt rio devendo ser despertado por algum est mulo exterior 19 O di logo do homem com a m quina se d por meio de dispositivos de intera o que executam as fun es l gicas de sele o posicionamento entrada de informa es num ricas e textos e sele
123. icenet tpi ip ou outras 3 5 3 1 Arquitetura do Hardware Neste item ser o apresentadas todas as caracter sticas e especifica es de todo o Hardware utilizado neste projeto de acordo com os n veis apresentados anteriormente A Figura 3 22 apresenta um diagrama esquem tico com a Arquitetura de Hardware dividida nos tr s n veis aplicados neste projeto ARQUITETURA DO HARDWARE N VEL 2 CONTROLE DO PROCESSO N VEL 3 SISTEMA GERENCIAMENTO E SUPERVIS RIO CLP SIMATIC 37 300 DRIVER DE COMUNICA O 2 m dulos de 32 entradas digitais M DULOS EJS p m dulos de 32 sa des digitais 2 m dulos de 2 entradas anal gicos 1 m dulos de 4 sa das anal gicas 2 BOMBAS Eh 1 EXAUSTOR F pl BORNEIRAS e a 4 AQUECEDORES im une ons Tide TR IEA fel iai 45 V LVULAS Le 1 COMPRESSOR 52 SENSORE EE MED VACUO 2 EMERG NCIAS N VEL 1 CONTROLE DOS EQUIPAMENTOS Figura 3 22 Arquitetura do Hardware com os tr s n veis aplicados neste projeto 3 5 3 1 1 Arquitetura do Hardware n vel 1 Controle dos Equipamentos O Hardware neste n vel compreendido por todos os elementos de campo necess rios para o controle dos processos dos tr s tipos de porta alvos T7 dispositivos pneum ticos v lvulas controladores filtros reguladores sensores motores bombas etc Para o desenvolvimento desta arquitetura procuraram se solu es visando a utiliza o de componentes que ocupassem
124. idos l quidos ou gasosos Em ambos os casos o CAC tem desenvolvido dispositivos especiais que permitem a realiza o destas irradia es nas condi es necess rias energia e corrente do feixe forma f sica do alvo etc O CAC tem interesse no desenvolvimento de sistemas completamente autom ticos que possam ser utilizados pelo maior n mero de usu rios poss vel sempre visando a redu o da exposi o do pessoal radia o e a praticidade de utiliza o uma vez que se esperam atividades alt sssmas envolvidas nestes processos Estes sistemas devem permitir a irradia o de alvos nos tr s estados fisicos s lido l quido e gasoso Particularmente para o CAC esfor os est o sendo voltados para o desenvolvimento destes sistemas Tamb m de interesse o desenvolvimento de sistemas que permitam a monitora o do feixe tanto da energia e corrente de feixe quanto de sua homogeneidade par metros de vital import ncia independente do tipo de experimento realizado 1 2 OBJETIVOS Visando os usu rios de pesquisa no ciclotron CV 28 e a utiliza o das cinco sa das do distribuidor magn tico destinadas produ o comercial de radiois topos a presente proposta visa dominar a tecnologia de automa o de alvos fundam ntada em um trabalho de engenharia onde se busca o desenvolvimento tecnol gico de um sistema de produ o vinculado sua viabilidade econ mica O desenvolvimento desta tecnologia tamb m vai ao
125. igar para o NMC SCADA e fazer mudan as nos par metros de sele o do feixe corrigindo varia es da corrente do feixe de pr tons e melhorando muito o rendimento de produ o do radiois topo Esta fun o torna as opera es do ciclotron mais eficientes e convenientes O NMC SCADA tem um sistema sofisticado de gera o visualiza o e registro de alarmes e v rios sistemas de mensagens Os alarmes s o mostrados e registrados no disco para refer ncias futuras O operador pode acessar os alarmes que s o registrados no disco e o hist rico de alarmes tamb m pode ser Impresso Shefer et al 68 em 1997 desenvolveram um sistema automatizado para controle de alvos s lidos e de processamento radioqu mico para a produ o de radiois topos de meia vida intermedi ria O porta alvo utilizava um cilindro de ar atuado remotamente para colocar o alvo na posi o de irradia o Durante a irradia o a refrigera o era feita por gua corrente em contato direto com a 36 superficie traseira do porta alvo Ap s a irradia o o alvo era retirado por controle remoto e transportado por uma linha pneum tica para a hot cell Este sistema automatizado foi experimentado na Washington University School of Medicine EUA para a produ o de Cu al m de outros radiois topos de meia vida intermedi ria como Ga 76Br 77Br 86Y 9mTc e 124 Davenport et al 69 em 1997 descreveram uma t cnica simples para a produ o d
126. instalados na Caverna Na Tabela 3 1 est o apresentadas as principais caracter sticas nominais do ciclotron CV 28 do IPEN CNEN SP 43 Tabela 3 1 Caracter sticas Nominais do Ciclotron CV 28 do IPEN CNEN SP 9 Energia ajust vel p d CHe Corrente Interna M xima Corrente Externa M xima Para energia m nima e m xima 40 60 uA p 50 100 pA d 5 50uA 3He O N mero de Linhas Externas ___________ 3 ____ Emit ncia Normalizada do Planos Horizontal e Vertical lt 30 mm mr Feixe Extra do Estrutura Magn tica N mero de Setores 3 ____ ngulo dos Setores Jo um a opu OP ni Campo Forte montes IT _ Campo Fraco vales To OAT a Sampo M dio lu s lg st AA ca Amp re voltaM xima do 23x105 Pot ncia nas Bobinas KW AP A MAS PESA N mero de d s E ATA E A AD ngulo dos d s A gt Modo Harm nico E Gee e ae Frequ ncia p d PHe Tens o do D po B o lt Fonte de Ions Interna Modos de Opera o Penning 2 5kV 0 4A Termoi nico 0 6kV 4A 8 cm3 min O 70kV O 150A Fluxo de G s Sistema de Extra o Defletor Eletrost tico Canal Magn tico Distribuidor Magn tico P 1 G Penning Ion Gauge 44 A c mara de v cuo do ciclotron possui um di metro polar de 965mm e raio m ximo de extra o de 420mm A intensidade do campo magn tico m dio de 1 74 T O sist
127. izou se nas salas de controle Os microprocessadores tornaram o controle mais confi vel sendo possivel abandonar de vez os instrumentos de pain is facilitando a opera o As salas de controle tamb m sofreram modifica es O arranjo destinado conviv ncia da instrumenta o anal gica e digital cedeu lugar ao arranjo onde apenas o computador faz a interface homem processo Em rela o s interfaces homem m quina no controle de qualquer processo dois aspectos devem ser considerados 18 Ergonomia F sica que diz respeito s necessidades de a o sobre os equipamentos aos deslocamentos do operador no ambiente de controle ao seu relacionamento com os demais operadores Ergonomia mental que cuida dos mecanismos de percep o de eventos e das tarefas mentais do operador Os primeiros esfor os no sentido de se aumentar a qualidade das interfaces homem m quina foram em ergonomia f sica as salas de controle s o projetadas para reduzir o tr fego de pessoal para n o incomodar a opera o A utiliza o de monitores de v deos em interfaces integradas substituindo os pain is da instrumenta o convencional trouxe a vantagem de reduzir o esfor o f sico do operador que n o mais precisa deslocar se para obter uma informa o podendo v la com o simples acionamento de uma tecla 2 2 1 1 Interface Gr fica Interativa A opera o por meio da utiliza o de sistemas de opera o centralizada se base
128. lara e de f cil visualiza o 88 O Hardware utilizado neste n vel um microcomputador IBM compat vel com a seguinte configura o Processador Pentium III 450 MHz Intel 64 MB de Mem ria RAM Drive Disk 3 1 44 MB Format vel Hard Disk 4 GB Fujitsu Modem Motorola SM 56 PCI Speackerphone Kit Multi midia ATAPI 45x Placa de Interface de Rede SIMATIC NET CD 5011 CPI Monitor Color SVGA 17 LG Mouse Serial Standard Teclado Standard 101 102 KEY BR Este microcomputador est interligado ao CLP SIMATIC por meio da placa de interface serial SIMATIC NET a qual tem a func o de criar o meio de transmiss o entre o software de supervis o e os dados do programa de aplicac o do CLP Estes dados s o utilizados para informac o online do andamento do processo ao operador Instalado em uma parte do Painel de Controle o computador pode gerenciar os dados do processo pelo Software Supervis rio O Painel de Controle que consiste de um rack do tipo PC cont m um painel de monitorac o com vidro de seguranca abaulado com pouca reflex o e alto grau de protec o onde foi instalado o computador que faz a supervis o do processo Este rack conta ainda com uma gaveta retr til e com fechamento para o teclado Atr s do teclado articulado est integrada a caixa do mouse A base do m dulo especialmente projetada para o monitor ajust vel na altu
129. las em um microcomputador A confec o e sequ ncia de encadeamento das fases foram desenvolvidas utilizando o Software aplicativo da Unisoft servindo para manter o operador informado sobre o que est sendo feito em qualquer tempo particular do processo OMISS O NAGIONOL LE ENERGIA NUCLEAR 5P PES PROJECT AND IMPLANTATION OF AUTOMATION IN IRRADIATION SYSTEMS FOR SOLID LIQUID AND GASEOUS TARGETS IN CYCLOTRONS AIMING THE PRODUCTION OF RADIOISOTOPES SUMAIR GOUVEIA DE ARAUJO ABSTRACT Nowadays two cyclotron are being operated at IPEN CNEN SP one model CV 28 capable of accelerating p d 9 He4 and a with energies of 24 14 36 and 28MeV respectively and beam currents up to 30 uA the other one model Cyclone 30 accelerates protons with energy of 30MeV and currents up to 350uA Both have the objective of irradiating targets both for radioisotope production for use in Nuclear Medicine such as Ga 29 T1 In 123 18F and general research The development of irradiating systems completely automatic was the objective of this work always aiming to reduce the radiation exposition dose to the workers and to increase the reliability of use of these systems because very high activities are expected in these processes In the automation a Programmable Logical Controller PLC was used connected to a feedback net to manage all the variables involved in the irradiation processes The program of the PLC was developed using Simatic Step S
130. lvo similar ao descrito por Michael et al 83 e o mesmo projetado pelo IPEN para a produ o de Ga irradiando se Zn Por m todas as fun es de carregar ventilar purgar e transportar o alvo at a c lula de manipula o foram exercidas pelo controle autom tico desenvolvido neste trabalho O mesmo controle pode ser aplicado no porta alvo utilizado durante muitos anos pelo IPEN 24 para a produ o de 125 via xido de tel rio Figura 3 10 Desenho esquem tico do Porta alvo para Irradia o de Alvos S lidos 3 3 2 Porta Alvo para a Irradia o de Alvos Gasosos O porta alvo para a irradiac o de gases foi fabricado em cobre e niquelado para minimizar a corros o na parede interna A confec o n o foi feita em bloco de n quel pois al m do custo s r muito mais alto o cobre melhor condutor de calor A c mara do alvo foi constru da em geometria c nica com comprimento de 120mm com bases paralelas 13mm de di metro na parte frontal e 30mm na parte traseira Utilizou se esta geometria c nica para facilitar a abrang ncia do feixe dentro do g s pois o feixe se torna mais amplo ao longo do seu caminho devido ao seu espalhamento Uma outra vantagem que a quantidade de g s necess ria para preenchimento do alvo menor Altas intensidades de correntes de feixe em alvos gasosos reduzem a densidade do g s t O porta alvo possui quatro conectores que s o acoplados a quatro v lvulas as quais permitem
131. m nio em termos de automa o que cada vez mais ser aplicada no controle de processos 143 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ARAUJO S G Otimiza o do Sistema de Alvo Interno do Ciclotron CV 28 do IPEN CNEN SP 1996 Disserta o Mestrado Instituto de Pesquisas Energ ticas e Nucleares S o Paulo CLAYTON C G Some coments on the development of radiation and radioisotope measurement applications in industry Int J Appl Rad Isot v 34 n 12 p 917 934 1990 LAMBRECHT R M SAJJAD M SYED R H MEYER W Target preparation and recovery of enriched isotopes for medical radionuclide production Nucl Inst Meth in Phys Res v A282 p 296 300 1989 QAIM S M Target development for medical radioisotope production at a cyclotron Nucl Inst Meth in Phys Res v 41 n 10 11 p 289 295 1989 WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY 1 October 4 7 1985 Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentrum 1985 WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY 2 September 22 25 1987 Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1987 WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY 4 September 9 12 1991 Proceedings Villigen Regin Weinreich 1991 LANDINI L Estudo da Produ o de 7Co e 109Cd em Ciclotron 2000 Tese Doutorado Instituto de Pesquisas Energ ticas e Nucleares Sao Paulo 144 9 THE CYCLOTRON CORPORATION Instruction and Service Manual fo
132. ma o STEP 7 Esta sintaxe similar a c digos de programa o Se um programa escrito na linguagem Lista de Comandos as instru es individuais correspondem as etapas com as quais a CPU executa o programa Por m estas instruc es s o de alto n vel possibilitando por meio de um nico comando realizar v rios passos de programa o similar linguagem de programa o de 3 gera o A Figura 3 26 mostra uma configura o t pica da linguagem Lista de Instru es correspondente mesma etapa Figura 3 25 para efeito de compara o com a linguagem Ladder 81 SUMISS O NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR SP irts 91 BM LAD STL FBD JECINO Ipen qsINSIMATIC 300 11 XCPU 314 i C gt Eie Edit Inset AC _Bebug Yew Options _Window Help ies Sd Bd Network 10 ETAPAS CARGA DO ALVO GASOSO Luana Comment A ETAPAS M102 5 ETAPAS GASOSO CARGA DO A vi ABERTA I0 0 Vi COMUM PRINCIPAL ABER AN ygn 08 2 V3 COMUM PR V CUO A g VACUO 14 1 3 COMUM PR V CUO PRESS A 3 REFRIG 14 2 3 COMUM CHAVE FLUXO REF A g PRES GAS TS 0 3 GASOSO PRESS O CILIND 3 ETAPA6 M102 6 ETAPAS GASOSO IRRADIA R ETAPAS mM102 5 ETAPAS GASOSO CARGA DO Network 11 ETAPAS TEMPO DE MONITORA O i omment A ETAPAS M102 5 ETAPAS GASOSO CARGA DO L s5T 59 SD T ETAPAS T58 ETAPAS GASOSO TEMPO DE Network 12 ETAPA6 IRRADIA O DO ALVO GASOSO
133. ma de l gica a rel s altamente utilizado em comandos el tricos em geral Por meio de uma linha de contatos composta por bot es contatos auxiliares sensores etc os elementos mais complexos como contadores ou temporizadores blocos l gicos quando verdadeiros acionam sa das de controle do processo v lvulas contatores rel s sinaleiros etc A Figura 3 25 mostra uma configura o t pica da linguagem Ladder correspondente a uma parte da etapa da carga do porta alvo gasoso 80 LAD STL FBD Finn Ipen_gsi SIMATIC 300 1 CPU 314 a O file Edt Insert PLC Debug View Options Window Help eljek Diela a ihel alo elaj dL m E Network 10 ETAPAS CARGA DO ALVO GASOSO SE gt VI ABERTA S PRES GA a ETAPAS s AJA SIVACUO SUREFRIG ST ETAPA6 y AAA AY HI HA HA 8 M ETAPAS B Symbol Information ETAPAS ETAPAS GASOSO CARGA DO ALVO GASOSO Vl ABERTA Vl COMUM PRINCIPAL ABERTA v3 V3 COMUM PR VACUO 8 VACUO 3 COMUM PR V CUO PRESS O gt 10E 2 3 REFRIG 3 COMUM CHAVE FLUXO REFRIG S PRES GAS S GASOSO PRESS O CILINDRO CARREG G S ETAPA6 ETAPA6 GASOSO IRRADIA O DO ALVO GASOSO Network 11 ETAPAS TEMPO DE MONITORA O Press F1 for help ng E ls MoD Figura 3 25 Exemplo de Configura o T pica da Linguagem Ladder para parte da etapa da carga do porta alvo gasoso Listas de Instru es uma representa o por texto da linguagem de progra
134. ma de alvo gasoso desenvolvido no atual trabalho foi baseado nesta literatura 38 Suzuki et al 63 em 1998 desenvolveram um sistema automatizado para sintetizar rapidamente compostos marcados com 3N de alta atividade espec fica usando 8N NH3 anidro como um precursor sint tico A meia vida curta deste radiois topo tiy2 10min causa dificuldades na s ntese e em sua aplica o cl nica portanto necess rio utilizar m todos mais confi veis Para produzir o 13N pela rea o 6O p o 3N uma solu o contendo O2 puro foi utilizada como alvo e o carregamento da c mara foi feito com uma v lvula de 6 vias empregando se uma seringa As irradia es foram realizadas no ciclotron NIRS HM 18 de Tokio Jap o com correntes de feixe de pr tons de 17uA e 18MeV de energia 15 7MeV no alvo por 25min Hara et al 6 em 1999 constru ram um aparato de sintese de 1C Choline controlado por computador que fazia todo o processo de s ntese e purifica o do produto automaticamente Isto foi feito em virtude da meia vida curta do NC t 2 20min que seria utilizado na realiza o de exames de diagn stico por imagem Como a aquisi o de dados feita em um pequeno intervalo de tempo e havia necessidade de realizar v rias s nteses durante o dia isto somente era poss vel utilizando se um sistema autom tico Isto importante pois se a atividade produzida perdida meia vida de apenas 20 min ela pode ser reposta por
135. mem tem um comportamento muito semelhante ao da m quina no que diz respeito ao ciclo de aquisi o de uma informa o seu processamento e atua o sobre os equipamentos Existe um certo sequenciamento nas opera es mentais e portanto um limite para o volume de informa o oferecido simultaneamente acima do qual o indiv duo come a a bloquear sua capacidade de discernimento e racioc nio comprometendo a qualidade da opera o Neste caso torna se necess rio falar em confiabilidade humana e lev la em conta na confiabilidade total do sistema A seguran a de um processo n o afeta unicamente as instala es e a vida do operador Tamb m o meio ambiente e as popula es vizinhas dependem da opera o segura das ind strias em geral das centrais nucleares das esta es de tratamento etc terceira grande for a a experimenta o ou seja o esp rito cient fico que despertado pelos assuntos complexos e interessantes ligados aos mecanismos de percep o do homem e sua comunica o com a m quina Da a o conjunta destas tr s for as observa se o crescente interesse dos fornecedores de sistemas de controle em melhorar a interface de opera o 17 No in cio da d cada de 50 os instrumentos eram grandes conectados cada um a seu ponto de processo e colocados pr ximos deste ponto O controle era bastante descentralizado fazendo com que o operador s tivesse conhecimento de uma se o de uma unidade do proc
136. mmable Logic Controllers Made Easy Prentice Hall London UK 1996 p 197 149 47 RULL N A Programmable Logic Controls versus Personal Computers for Process Control Computers ind Eng v 33 n 1 2 p 421 424 1997 48 SONNLEITNER B Bioprocess automation and bioprocess design Journal of Biotechnology v 52 p 175 179 1997 49 GAEHLE G G WELCH M J New Approaches to the Control of Accelerators and Production Systems In SEVENTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1997 p 18 19 50 SASAKI M KAGEOKA T OGURA K KATAOKA H UETA T SUGIHARA S Total laboratory automation in Japan past present and future Clinica Chimica Acta v 278 p 217 227 1998 91 FELDER R A Modular workcells modern methods for laboratory automation Clinica Chimica Acta v 278 p 257 267 1998 92 DU X H ZHOU C Message oriented decomposition for supervisory control in manufacturing system Robotics and Computer Integrated Manufacturing v 15 p 441 452 1999 93 SHEN L C HSU P L An intelligent supervisory system for ion implantation in IC fabrication process Control Engineering Practice v 7 p 241 247 1999 54 HICHWA R D Radiopharmaceutical Automation Sensors and Technology VS The Human Experience In EIGHTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings St Louis 1999 p 59 60 55 LIN C Y Y CHE
137. mo foi realizada a automa o Bergman et al 69 em 2001 realizaram a automa o da sintese e purifica o do 8F Bromofluorometano O 18F foi produzido pela rea o 18O p n 8F em irradia es de gua enriquecida em 180 a 94 com volume de 400 a 700uL em uma c mara confeccionada em Ag O ciclotron modelo AVF Finl ndia fornecia feixes de pr tons de 17MeV de energia e 10uA de corrente por 45min O rendimento de produ o de 18F obtido foi de aproximadamente 18GBq 486mCi no EOB O aparato foi controlado por um CLP modelo A series da Mitsubishi Um PC equipado com um sistema supervis rio modelo FP 770T da Digital Electronics foi usado como interface com o usu rio A sequ ncia autom tica bem como a anima o do processo e telas com n veis de radioatividade foram construidos para realizar esta interface com o usu rio 41 CAP TULO 3 MATERIAIS E M TODOS 3 1 INFRA ESTRUTURA 3 1 1 Ciclotron CV 28 e Cyclone 30 do IPEN CNEN SP 3 1 1 1 Ciclotron modelo CV 28 O ciclotron modelo CV 28 fabricado pela The Cyclotron Corporation TCC e gerenciado atualmente pelo Centro de Aceleradores Ciclotron do IPEN CNEN SP tem sido utilizado para pesquisas em geral e em diversas aplica es a saber an lise de elemento tra o estudo de desgaste de pe as met licas estudo de danos de radia o produ o de fontes de calibra o etc O modelo CV 28 um acelerador de part culas do tipo is crono tamb m cham
138. mpra Transporte o meu muito obrigada Ao Setor de Importa o e Exporta o especialmente ao Sr Washington de Carvalho Lopes o meu muito obrigada pela ajuda sempre atuante ACL AN rAr CMA Fee ENERGIA MACA Fk bbs NB irre AGRADECIMENTOS todas as empresas e respectivos funcion rios que colaboraram durante a execu o deste trabalho permitindo assim que o mesmo fosse concluido da melhor forma poss vel SENIOR AUTOMA O Eng Amair Sanchez J nior PHOENIX CONTACT Eng Dimas R Sim es D2 ENGENHARIA Eng Luiz Carlos Domingues MASTER CONTROL Eng Pedro G daro e Equipe T cnica FESTO AUTOMA O Eng Cl udio Falc o SIEMENS Eng Paulo Roberto Camargo C TECNOLOGIA Equipe T cnica e de Vendas INDUSOFT SISTEMAS LTDA RITTAL SISTEMAS ELETROMEC NICOS TECFLUX LTDA Representante da SWAGELOK no Brasil ELMI TEC ASSIST NCIA T CNICA E REPRESENTA ES A todos meus amigos o meu muito obrigada Aos meus pais e irm os pelo incentivo pelo carinho e apoio por me ampararem ao longo do caminho durante toda minha vida acad mica nem sempre f cil meu muito obrigada Para minha familia em particular para meu marido Ant nio Carlos aos meus filhos Carlos Henrique e J ssica e aos meus sogros Rubens e Dalva pela paci ncia pelo apoio e pelo carinho forcas que sempre colaboraram em todos os sentidos Muito obrigada A todas as outras pessoas
139. nho baixo custo e a inova o tecnol gica foram fatores importantes na montagem deste sistema Para controle de carga v cuo refrigera o com g s h lio e coleta para os tr s porta alvos foram instaladas 23 v lvulas Nupro Swagelok interligadas com tubos de a o inoxid vel Para acionamento das v lvulas e dos cilindros pneum ticos foram utilizados tr s terminais de v lvulas do tipo CPV da Festo que s o v lvulas de fun es m ltiplas e engloba v lvulas 3 2 vias e 5 2 vias simples e duplo solen ide num mesmo conjunto Elas t m constru o do tipo sandwich possibilitando a ativa o de 16 bobinas magn ticas e ou 8 v lvulas de posi es para acionamentos dos cilindros Permitem ainda uma r pida amplia o quando necess rio A alimenta o de ar feita pelas placas finais em um nico ponto A indica o do estado de comuta o feita mediante LED integrado Os sinais el tricos s o enviados em um nico cabo multipolar que possui um conector com 25 p los e tem internamente um circuito de prote o contra picos de tens o Estas v lvulas tamb m possuem as seguintes caracter sticas economizam 90 de energia em rela o as v lvulas convencionais s o 80 mais leves e ocupam 1 3 do espa o de um terminal comum utilizam menor tempo de montagem economizando m o de obra de instala o o terminal j fornecido e montado com as conex es v lvulas e bobinas resistem a jatos de gua e poeira IP65
140. o o processo do alvo gasoso que est operante a sinaliza o relativa a este processo na parte inferior da tela est apagada Ele pode ser verificado para o processo do alvo s lido na Figura 4 17 124 ALVOS GASOSOS fim 1 miat d Ham STECGRADOR ah Figura 4 16 Tela construida para o gerenciamento do processo de irradia o de alvos gasosos ALVOS S LIDOS PROGRAMADO O nAk QUATRO SETORES i Mi RESET AN hh Li bea UVC Avos S lidos Alves Liquidos Alvos Gasosos Tend ncias Atarmes Comando Text Figura 4 17 Tela construida para o gerenciamento do processo de irradia o de alvos s lidos 125 Na Figura 4 18 apresentado o sistema j desenvolvido implementado e em funcionamento Nela pode se observar o supervis rio operando com a janela do porta alvo gasoso As outras duas telas tamb m podem ser solicitadas estando dispon veis para sua opera o Ds DS E q Figura 4 18 Apresenta o do sistema j desenvolvido e implementado com o microcomputador instalado no Painel de Controle especialmente projetado para esta aplica o O sistema conta com uma tela de ocorr ncia de alarmes para registrar qualquer falha que aconte a durante o processo Aparecem na tela alarmes escritos e ou sonoros orientando o operador para atitudes a serem tomadas O alarme pode ser reconhecido por meio de
141. o atual no qual se aplica a l gica por meio de CLP o sistema de monitora o online e pode ser desenvolvido com um alto grau de automa o Uma compara o pode ser feita entre o Comando Convencional com Rel e o Comando com L gica de CLP e mostrada na Tabela 4 1 Tabela 4 1 Compara o entre o Comando Convencional com Rel e o Comando com L gica de CLP Comando Convencional com rel Comando com L gica de CLP Sistema de monitora o est tica Sistema de monitora o online Dificuldade operacional manuten o Simplicidade operacional manuten o Pode se dizer que a substitui o de controles baseados em rel s por CLPs proporcionou um grande avan o no controle de processos pois quando se trata 137 de operar manualmente o homem o elo mais fr gil suscet vel a erros de julgamento que pode ter consequ ncias bastante s rias Em geral equipamentos antigos n o conseguiam operar regularmente em situa es de alta produ o que eram interrompidas com frequ ncia para servi os de manuten o n o havendo condi es de realizar an lises r pidas dos problemas gastando se muito tempo em investiga es para se chegar em conclus es concretas No sistema desenvolvido todas as fun es necess rias para a utiliza o dos respectivos dispositivos de irradia o solicitadas pela interface Operador PC s o realmente executadas pelo sistema via CLP seguindo a l gica de controle determinada
142. o carregamento do alvo com g s a ser irradiado escape de seguran a recupera o vaporiza o para lavar o porta alvo e coleta do alvo al m de um sensor de press o Sua refrigera o feita com gua deionizada que flui por v rios canais ao longo de todo o cone Como o material de alvo um g s houve a necessidade de separar a camara do alvo que possui alta press o da linha de feixe do ciclotron pois est em v cuo Para este fim duas janelas de Havar de 25um de espessura cada foram utilizadas e presas em uma flang de Alum nio Estas s o refrigeradas internamente com fluxo de g s H lio para preven o de uma eventual ruptura das folhas A constru o desta configura o complexa uma vez que necessita se de alto fluxo de g s refrigerante e falhas nestas janelas limitam o desempenho deste porta alvo Todo cuidado deve ser tomado neste sentido de tal forma que se evite a reposi o destas folhas com frequ ncia O desenho esquem tico do porta alvo para irradia o de alvos gasosos mostrado na Figura 3 11 Este porta alvo similar ao descrito por Blessing et al 62 e sua automa o foi feita visando a produ o de 82mRb QMISS O NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR SP Pee 61 Figura 3 11 Desenho esquem tico do Porta alvo para Irradia o de Alvos Gasosos Como nos sistemas de produg o normalmente se usa material alvo altamente enriquecido geralmente tem alto custo um requisito adi
143. o e resist ncia da janela recupera o do gas 180 02 para reciclar o material alvo enriquecido material do porta alvo compat vel com a lavagem do alvo para obter um alto fator de recupera o e solu o para recupera o do 18F para manter a reatividade qu mica e a compatibilidade de reutiliza o do alvo 27 Hess et al 44 em 2000 apresentaram o projeto modifica es e utiliza o de um porta alvo com c mara em forma c nica com raios frontal e traseiro de 8 e 10mm respectivamente e um comprimento de 122mm As dimens es correspondem ao formato do feixe que foi calculado pela simula o de Monte Carlo Neste modo quaisquer interac es entre o feixe e a parede s o evitadas e todo o feixe utilizado para a rea o nuclear O volume resultante do alvo incluindo toda a tubula o era de 30mL Uma janela hemisf rica de 500um de espessura foi usada na entrada em vez das janelas duplas comuns A janela era parte integrante da c mara do alvo portanto n o foi necess rio utilizar nenhuma veda o como o ring A forma c nica uma solu o otimizada para resistir s for as causadas pela alta press o durante a irradia o Tamb m a transfer ncia de calor mais eficiente A c mara do alvo a janela e as tubula es foram feitas de uma liga de alum nio contendo 3 de magn sio AlMg O porta alvo modificado consistia de duas partes soldadas As tubula es conectadas para fazer v cuo e preenchimento com
144. o menor espa o poss vel sem comprometer a confiabilidade e a operacionalidade construindo se um Painel de Campo em uma estrutura de aluminio Este Painel tamb m serve como suporte dos porta alvos na linha de feixe Todos os cuidados foram tomados na escolha dos componentes de acordo com sua aplica o Na sele o de sensores por exemplo foram adotados alguns crit rios verificou se qual o tipo de chaveamento ou detec o mais adequado para cada aplica o de acordo com as propriedades do objeto a ser detectado Se o objeto feito de metal ent o um sensor de proximidade indutivo deve ser usado Se o objeto feito de pl stico papel um l quido leo ou gua granulado ou p ent o um sensor capacitivo pode ser aplicado Um sensor magn tico mais adequado para objetos eletromagn ticos im s permanentes ou objetos ferromagn ticos que podem comportar se como magneto Al m disso foram desenvolvidos alguns dispositivos especiais por se tratar de componentes espec ficos Exemplos que podem ser citados s o o sistema tombador de coleta sistema injetor e de carga do alvo l quido entre outros que ser o citados mais adiante O Painel de Campo mostrado nos desenhos esquem ticos da Figura 3 23 Pode se observar que nas laterais foram instaladas as v lvulas e na parte interna as bombas A parte superior al m de servir como suporte dos porta alvos foi utilizada para instalar o sistema tombador
145. o se um CLP para carregamento e descarregamento do alvo Com exce o do alvo todos os dispositivos utilizados para controle foram montados sobre um rack m vel para permitir a sua remo o detec o de falhas e ou manuten o O controle era realizado por um CLP montado do lado de fora da caverna com uma tomada para teste Medema et al em 1997 realizaram um m todo de produ o de BFJFDG completamente autom tico sem acompanhamento de pessoal com 37 uma grande confiabilidade e reprodutibilidade O 2 18F FDG o tra ador de PET mais utilizado para uso cl nico al m de estar sendo distribu do tamb m para hospitais com instala es de SPET Como era ideal que ele estivesse dispon vel s 8h da manh a produ o tinha que ser feita durante a noite Portanto foi necess rio desenvolver esta automa o O processo foi dividido em duas partes a O ciclotron e o sistema de alvo eram controlados por um CLP da Siemens modelo 135U que operava com o programa STEP 5 b A s ntese era controlada por um CLP da B amp R modelo Midi control com 16 entradas anal gicas 8 sa das anal gicas 24 entradas digitais e 48 sa das digitais O porta alvo utilizado foi confeccionado em Al e Ag com volume interno de ImL A janela frontal que separa o porta alvo do v cuo do ciclotron era de Havar 25um e a traseira de Ag 250um As irradia es foram feitas no ciclotron Scanditronix MC 17 Holanda com feixes de pr tons de
146. ocalizadas a 0 e 40 permitindo irradia es de alvos s lidos l quidos e gasosos A Figura 3 3 mostra uma vista esquem tica do ciclotron CV 28 c mara de acelera o linha de feixe principal distribuidor magn tico e linhas de feixe secund rias Atualmente s o acelerados pr tons com energia de 24 MeV e correntes de feixe externo maximo no alvo de 30 LA 9 70 47 I j Ponta de Pr va E y i EY Alvo Tierno ES C mara de Acelera o Figura 3 3 Vista esquem tica do Ciclotron CV 28 e o Sistema de Transporte de Feixe No desenho s o apresentadas apenas duas linhas externas para n o sobrecarregar a Figura 3 1 1 2 Ciclotron modelo Cyclone 30 O acelerador Cyclone 30 um ciclotron de campo fixo e frequ ncia fixa que acelera ons negativos H e capaz de fornecer um ou dois feixes de pr tons A energia da part cula destes dois feixes pode ser ajustada entre 15 e 30MeV independentemente pelo posicionamento de uma folha extratora no raio correspondente energia desejada A Figura 3 4 mostra a trajet ria da part cula para diferentes n veis de energia O Cyclone 30 foi projetado especialmente para produ o comercial de radiois topos utilizados na Medicina Nuclear mas diversas outras utiliza es podem ser citadas a saber aplica es em ind strias e em pesquisas em geral 1 Os feixes tamb m podem ser usados diretamente para bombardear alvos colocados em um dos cinco canais de sa
147. of lodine 123 at the CV 28 Cyclotron of the IPEN CNEN SP In IV TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY September 9 12 1991 Switzerland Proceedings Switzerland Regin Weinreich 1992 p 4 10 25 OSSO Jr J A 77Br Isotope Production for Medical Use Manchester England 1986 Doctor of Phylosophy Faculty of Science University of Manchester 26 SANTOS L L M Desenvolvimento de Sistema de Irradia o de Agua Natural para a Produ o de F no C clotron do IPEN 1994 Disserta o Mestrado Instituto de Pesquisas Energ ticas e Nucleares S o Paulo 27 QAIM S M ST CKLIN G Production of Some Medically Important Short Lived Neutron Deficient Radioisotopes of Halogenes Radiochim Acta v 34 p 25 40 1983 28 Publica o da Festo Automa o Ltda Festo Atual n 42 2000 S o Paulo 29 Aparelho de Automatiza o Simatic S5 110 6ES5110 Manual do Usu rio SIEMENS S o Paulo 30 H amp P Automa o Industrial Jnformativo da C mara Setorial de Equipamentos para Automa o Industrial da Abimag n 4 mar abr 2000 31 Tools For Automation Indusoft Technical Reference Unisoft Refer ncia T cnica Unisoft Sistemas Ltda 1997 Brasil 32 FILGUEIRAS L V L Interfaces Homem M quina no Controle de Processos Situa o e Perspectivas de Desenvolvimento No ANAIS DO 3 147 CONGRESSO NACIONAL DE AUTOMA O INDUSTRIAL 19 23 Set 1988 S o Paulo Anais S
148. om os Porta alvos A cs 104 CAP TULO 4 RESULTADOS E DISCUSSOES 4 1 CONFEC O E MONTAGEM DOS PORTA ALVOS cscescscsssessees 106 4 1 1 Porta alvo para Irradia o de Alvos S LIAOS oooooococnconcccncnnc 106 4 1 2 Porta alvo para Irradia o de Alvos GASOSOS ooccccncccccnnccananonannnos 107 4 1 3 Porta alvo para Irradia o de Alvos L quidos coc seo 109 4 2 MONTAGEM E DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AUTOMACAO111 4 2 1 M riagem do Flatdibare cmepeseis as giles a ecddo ca Geena sence asado dragon ci n 111 4 2 1 1 Montagem do Hardware nivel 1 Controle dos EGQUIDAMETICOS dm svcd socius iaeia o O i 111 4 2 1 2 Montagem do Hardware n vel 2 Controle do Processo 113 4 2 1 3 Montagem do Hardware n vel 3 Gerenciamento do PrOCESSO isc nin 115 4 2 2 Configura o do SOPMVGTEC s eee gees dN ects bee 53 ETS int 116 4 2 2 1 Configura o do Software n vel 2 Controle do Processo 116 4 2 2 2 Configura o do Software n vel 3 Gerenciamento do PROCESSO Tara de atos TE coa idos a IA dd a a GRE 119 4 3 OPERACIONALIDADE coocococccoccconococccccorconccconerccnconoccnccececcnoncnenns 128 4 3 1 Operacionalidade do Sistema de Automa o oococnccncocncnononancnanano 128 4 3 1 1 Opera es em Vazio RR DE A ee 129 4 3 1 2 Opera es com Cargas ai corrido Dad Eb o e bes tear 130 4 3 2 Operacionalidade dos Porta AlVOS cocooococonoccono
149. onstru o tiveram que ser totalmente definidos uma vez que diversas informa es t cnicas normalmente n o s o fornecidas ou explicitadas em cita es bibliogr ficas 3 3 1 Porta alvo para Irradia o de Alvos S lidos O porta alvo foi fabricado em Alum nio e projetado para a irradia o de alvos eletrodepositados em uma placa suporte de cobre niquelada de dimens es 72x27 mm2 59 A placa suporte com o alvo eletrodepositado colocado em uma fenda situada na parte m vel do porta alvo e preso por suc o por meio de uma v lvula de v cuo tipo ventosa O porta alvo fechado automaticamente por um cilindro pneum tico permitindo a coloca o e retirada do alvo Ap s a fixa o deste poss vel fazer o v cuo e em seguida ligar a refrigera o a qual realizada com gua deionizada na parte traseira dele refrigera o 27 O fluxo de gua que circula nesta parte monitorado por um sensor que detecta sua passagem e envia um sinal para o CLP para que ele seja controlado A temperatura de refrigera o tamb m monitorada por um sensor tipo termopar que envia um sinal para o CLP Ap s o final da irradia o a refrigera o desligada e o porta alvo purgado para retirada da gua residual A parte m vel do porta alvo pode ser aberta para que o alvo seja retirado e encaminhado para a c psula de coleta O desenho esquem tico deste porta alvo mostrado na Figura 3 10 Este porta a
150. opera o desde 19820 Devido sua versatilidade tem grande aplica o em pesquisas em geral nos campos da Medicina Nuclear principalmente na obten o de radiois topos de meia vida curta nas reas de an lise por ativa o em f sica nuclear e em estudos de danos de radia o em metais e ligas met licas etc O segundo ciclotron instalado o modelo Cyclone 30 em opera o desde 1999 do tipo ion negativo H possui capacidade de acelerar pr tons com energia m xima de 30MeV corrente de at 350uA com objetivo principal de produzir radiois topos em escala suficiente para suprir o mercado dos radiois topos mais utilizados em Medicina Nuclear Ga 201T 1Iln 123 e 18F Atualmente produzido rotineiramente 18F e est o sendo efetuados os primeiros ensaios para a produ o rotineira de 123 e 6 Ga Prev se o inicio de produ o de 201Tl em 2001 Com a entrada em funcionamento do Cyclone 30 o modelo CV 28 est sendo destinado exclusivamente para pesquisas em geral seja do pr prio CAC seja de outros Departamentos do IPEN ou da Universidade de S o Paulo USP principalmente do Instituto de F sica IFUSP para o qual diversas irradia es tem sido efetuadas No caso do Cyclone 30 existem duas linhas de feixe externo Uma destinada irradia o de alvos s lidos Na outra est instalado um distribuidor magn tico com cinco sa das onde outras formas f sicas de alvos podem ser irradiadas s l
151. os finos e ultrafinos silenciadores e v lvulas de reten o Neste Painel de Campo as linhas de transfer ncia do sistema de v cuo bem como as do circuito de refrigera o do g s h lio e do g s alvo foram feitas com conex es e tubos de a o inoxid vel Os recipientes de coleta s o de vidro e as tubula es de coleta s o de pl stico Diferentes armadilhas foram usadas para a transfer ncia de material As garrafas de armazenamento de g s 82 consistem de pequenos cilindros miniaturas com volume de 50mL em a o inoxid vel 3 5 3 1 2 Arquitetura do Hardware nivel 2 Controle do Processo O Hardware utilizado neste sistema pertence familia de CLP SIMATIC da Siemens O SIMATIC foi lan ado pela Siemens em 1981 na sua vers o S 110U Era um CLP de pequeno porte com recursos limitados por m foi um grande avan o tecnol gico para a poca Este CLP tinha a capacidade de controlar 128 pontos de Entrada Sa da I O 32 contadores e 32 temporizadores tendo 2K de mem ria RAM 75 Com o desenvolvimento tecnol gico em ritmo cada vez mais acelerado mesmo ap s dezenove anos de constante evolu o neste campo o SIMATIC ainda em n vel mundial bastante utilizado nos diversos campos de aplica es tanto em pesquisas em geral como na ind stria sendo um sin nimo do nome Controlador L gico Program vel 76 Com o objetivo de se manter nesta posi o do mercado e tendo a certeza que seu sistema
152. os est o dispon veis no pr prio software sem a necessidade de utilizar outros como o Excel no caso de cria o de relat rios O gr fico de tend ncia permite a monitora o em tempo real de var veis envolvidas no processo Esta sele o pode ser feita pelo usu rio enquanto o processo estiver em andamento ou ap s seu t rmino por meio de um hist rico que fica na mem ria do computador Um sistema interno de seguran a permite a cria o de prote es com grupos de usu rios e senhas n o apenas para a execu o da aplica o mas tamb m para a utiliza o da ferramenta de desenvolvimento Os arquivos de hist ricos permitem salvar e recuperar os arquivos de dados dos eventos ocorridos utilizando arquivos com base de tempo ou com nomes definidos pelo usu rio LOU O Unisoft permite o reconhecimento de eventos excepcionais reportando os imediatamente ao operador As mensagens de alarmes podem ser formatadas livremente e permitem o uso de uma chave secund ria de busca Na configura o os alarmes podem ser acessados por grupos ou por uma vari vel tag Os alarmes ser o gerados nos limites de controle que o sistema necessite de acordo com a especifica o do sistema O Unisoft pode usar os alarmes de muitas maneiras para notificar o operador incluindo o registro da hist ria dos eventos ocorridos ao longo do tempo No Unisoft pode ser configurada a comunica o de um alarme entre esta es que comp em
153. pera o pois ele fica registrado em uma mem ria Estes gr ficos est o dispon veis para impress o A ferramenta do Unisoft tamb m proporcionou a confec o de um modelo de relat rio fornecendo ao operador a possibilidade de obter informa es do sistema de irradia o necess rias para o acompanhamento da produ o 3 6 TESTES OPERACIONAIS Neste item s o descritos os procedimentos para os testes especifica es e par metros diretamente relacionados aos equipamentos eletromec nicos de controle e do sistema de automa o Todos os testes foram feitos primeiramente em Laborat rio e posteriormente o Sistema Integrado Sistema de Irradia o Painel de Campo e Painel de Controle foi instalado no ciclotron CV 28 do IPEN o Painel de Campo e o Sistema de Irradia o na caverna na linha de feixe n 4 e o Painel de Controle na Sala de Controle 3 6 1 Testes Operacionais do Sistema de Automa o Estas opera es foram feitas por partes procurando se manter um registro dos dados dos testes para aprovar o desempenho dos equipamentos Todos os testes foram realizados primeiramente em Laborat rio utilizando se o material necess rio para este procedimento Fasimetro Mult metro digital Fonte de Tens o Corrente Ferramentas diversas e Pacote completo dos desenhos el tricos e mec nicos Uma vez finalizada toda a montagem do Sistema Integrado partiu se para a realiza o dos s
154. primeiro caso alvos s lidos o os principais utilizam pr tons ou d uterons induzindo rea es nucleares em is topos de tel rio enriquecido na forma de xidos 2 TeO 123TeO2 e 122TeO2 com aux lio das rea es 12 Te p 2n 23 123Te p n 23 e 122Te d n 23 e produzido com alta pureza 99 9 por processos chamados de indiretos aqueles que fazem uso de um sistema precursor 123Xe gt 1231 O principal processo utiliza como alvo 124Xe enriquecido em 99 8 e a produ o feita pela rea o 4X e p 2n Cs gt Xe gt I Quanto aos materiais utilizados na confec o dos sistemas de irradia o deve se levar em considerac o a boa condutividade t rmica e sua n o reatividade qu mica com o alvo A natureza qu mica do produto radioativo e o m todo de separac o s o fatores decisivos na escolha do material de construc o Para as janelas que separam o v cuo do ciclotron do alvo devido s altas intensidades de corrente do feixe s o esperadas altas tens es sendo utilizados materiais como Al V Ti Ni Cu Nb Havar etc Quanto ao porta alvo tem sido empregados materiais como Al Ti Ni Cu Pt Ag aco inoxid vel Inconel etc 15 2 2 AUTOMA O A automa o est cada vez mais presente nos sonhos do Homem sendo perseguida pelos cientistas como a solu o para melhorar nossa qualidade de vida substituir os grandes esfor os a repetitividade dos movimentos mec nicos os trabalhos perigosos e multipli
155. proporcionam grandes vaz es eliminam conex es intermedi rias e possibilitam instala es descentralizadas pr ximas dos atuadores Neste Painel de Campo toda a linha pneum tica foi montada utilizando se as conex es r pidas da linha Quick Star que s o conex es resistentes a fa scas corros o e cidos Ela oferece as condi es ideais para realizar r pida e facilmente as instala es pneum ticas desde a entrada at a saida no menor espa o poss vel Elas podem ser posicionadas em 3608 ao redor do eixo de sua conex o roscada permitindo que a conex o possa ser girada em qualquer dire o Permitem a conex o r pida de mangueiras que normalmente trabalhosa e demanda um tempo muito grande em montagens convencionais Al m destas facilidades para conectar e desconectar mangueiras s o eliminados an is de veda o adicionais sem redu o na vaz o proporcionando uma grande seguran a e confiabilidade As mangueiras utilizadas para a linha de ar s o de poliuretano muito flex veis adequadas para raios de curvatura reduzidos e tamb m para montagem por encaixe Na parte interna do Painel de Campo est instalado o sistema de v cuo que controla os tr s porta alvos Este sistema composto por uma bomba mec nica e duas v lvulas do tipo PV25 todas da Edwards e v rias outras v lvulas Nupro Swagelok que s o ativadas eletropneumaticamente e permitem a inicia o ou interrup o de v cuo nos porta alvo
156. qualquer anomalia durante o processo uma realimenta o tenta corrigir o defeito Assim durante o processo ocorrendo um travamento no sistema o controle faz a corre o deste defeito ou falha sem que o processo deva retornar novamente a seu in cio Caso o controle n o consiga corrigir o operador tem a op o de passar o comando para manual e reparar o defeito sem que a sequ ncia do processo seja alterada Esta informa o de anomalia dada por meio de um alarme com um sinal sonoro e escrita na tela do computador sempre que algo n o acontecer como o previsto pelo operador No modo manual 142 h tamb m a possibilidade de se fazer manuten es rotineiras sem necessidade de ligar todo o sistema O sistema possui diversas vantagens a saber Condi es de controle em tr s linhas independentes caso haja necessidade sendo uma para cada tipo de alvo Sistema de controle unificado para os tr s tipos de alvos em diferentes geometrias Seguran a operacional e confiabilidade Redu o significativa da taxa de exposi o a que o trabalhador fica submetido Retirada autom tica do alvo com gerenciamento e supervis o por interm dio do computador Indica o da incid ncia do feixe no alvo com controle de sua homogeneidade e perfil por meio das correntes nos colimadores e quatro setores Controle da temperatura e press o no alvo durante a irradia o Al m disto importante mencionar o do
157. r destacadas quando se utiliza um processo comandado por l gica de CLP Componentes integrados com f cil acesso para manuten o e opera o Dispositivos menos complexos menor probabilidade de ocorr ncia de problemas Sistema user friendly CLP com Interface Homem M quina IHM operadores t m acesso a todas as informa es Status do processo tend ncias monitora o online de vari veis tais como corrente temperatura press o etc Facilidade de manuten o por meio de informa es estat sticas dos pontos cr ticos onde o operador pode obter uma lista para atua o na manuten o preventiva do equipamento Possibilidade de aplicar o conceito de zero defeito Aux lio na implanta o da ISO 9000 Redu o nos custos de fia o instala o opera o e manuten o Maior seguran a nas medi es diminui o de equipamentos de medidas Independ ncia de an lises do operador isto n o se necessita de m o de obra altamente especializada Diagn stico de falhas Facilidade de manuten o e implementa o de novos controles e processos sem altera o significativa no arranjo f sico da instala o Em virtude das caracter sticas citadas anteriormente conseguiu se com este projeto al m de realizar automaticamente a opera o para a irradia o de alvos s lidos l quidos e gasosos atingir outros benef cios Dominio da tecnologia de automa o utilizando t cnicas mais mo
158. r movimento nas laterais O desenho destes dispositivos pode ser visto na Figura 3 16 Dispositivo Mec nico de Rota o Linha de Feixe Cilindros Pneum ticos A E LET Bs es me e F Tau o P aun le mama h mi a m re IN E 9 Dispositivo Mec nico de Rota o Figura 3 16 Dispositivo Mec nico de Rota o do Porta Alvo Liquido Uma v lvula gaveta foi ligada diretamente no porta alvo para ser fechada durante a coleta e manter este sistema isolado da linha de feixe do ciclotron e do fole de rota o O uso de um cone invertido facilita a extra o do material alvo depois da irradia o Ap s a rota o a c mara criog nica purgada com Nitrog nio seco o gelo derretido e vai para o fundo do cone O alvo agora no estado l quido extra do com a ajuda de uma bomba perist ltica Esta bomba foi utilizada pois permite que a vaz o do alvo seja controlada al m de se obter um bombeamento limpo sem contato com o mecanismo da bomba feito diretamente na tubula o e possibilitando a utiliza o de pequenos volumes Ap s a coleta o sistema injetor acionado e um fluxo de g s h lio passa por este porta alvo para purg lo retirando todo o res duo de material 68 3 4 DESCRI O DOS PROCEDIMENTOS USADOS NO PROCESSO DOS TR S PORTA ALVOS De uma maneira geral para um alvo ser irradiado as seguintes fases dev
159. r the Cyclotron Corporation s Model CV 28 Cyclotron Ser NO 604 US Pat TCC Ins 26 nov 12 1976 10 CLARK J C Targetry automation In WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY 2 September 22 25 1987 Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1987 p 64 80 11 ERDMAN K The ECBO technologies isotope production system In IV TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY September 9 12 1991 Switzerland Proceedings Switzerland Regin Weinreich 1992 p 27 31 12 PADGETT H C KRETZ P R PEKRUL E CARROLL L R Automation of cyclotron target and chemistry system operations In WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY September 22 25 1987 Proceedings Heidelberg Deutsches Krebsforschungszentru 1987 p 99 102 13 ZEISLER S K RUTH T J REKTOR M P GSCHWANDTNER G A Detectors and transducers for target operation and automated P E T chemistry In FIFTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY September 19 23 1993 Upton Proceedings Upton BNL 1994 p 249 261 14 FIROUZBAKT M L SCHLYER S J WOLF A P The yield of F 18 from different target designs in the 8O p n 8F reaction on frozen 8O CObz In FIFTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY September 19 23 1993 Upton Proceedings Upton BNL 1994 p 68 77 15 PIRART C Technologies relevant to commercial radioisotopes production In INTERNATIONAL C
160. ra Uma das vantagens deste sistema permitir a f cil visualiza o do monitor de supervis o mesmo quando o rack est fechado em virtude deste possuir uma tela de 17 89 3 5 3 2 Arquitetura do Software 3 5 3 2 1 Arquitetura do Software nivel 2 Controle do Processo O Software STEP 7 a ferramenta utilizada para configurar e programar o Controlador L gico Program vel CLP SIMATIC S7 300 e pode ser usado em toda a fase de desenvolvimento da programa o de um controle de processo tais como e Configura o e controle e Configura o e pr defini o dos par metros de Hardware e meios de comunica o utilizados e Defini o da simbologia utilizada e Cria o da l gica de controle cnamado programa aplicativo do CLP a l gica de funcionamento do processo e Meio de execu o de download do programa do CLP em um meio magn tico ou vice versa e Diagn stico e teste do programa gerado e Diagn stico de falhas Este Software foi elaborado dentro do conceito de estado da arte em flexibilidade e facilidade de uso possuindo as linguagens de representa o Ladder Logic lista de Instru es e Diagrama de Blocos de Fun es de modo que seus usu rios n o necessitem de maiores conhecimentos em linguagem de programa o e inform tica em geral 78 79 Ladder Logic uma representa o gr fica da linguagem de programa o STEP 7 Esta sintaxe para as instru es similar a um diagra
161. radia es onde foram provocadas situa es de emerg ncia e ou anomalias ensaiando se desta maneira toda a automa o desenvolvida As situa es de emerg ncias foram feitas injetando se sinais fora da faixa preestabelecida isto for ando se e modificando se valores de vari veis envolvidas no processo de modo a provocar o reconhecimento destas situa es pelo controle e as poss veis corre es por meio das realimenta es Os ensaios de simula es de irradia es contendo toda a l gica de funcionamento para os porta alvos s lidos l quidos e gasosos seguiram as sequ ncias apresentadas nos fluxogramas mostrados nas Figuras 3 28 3 29 3 30 respectivamente Apenas como ilustra o uma vez que os testes de simula o j demonstraram completamente a operacionalidade do sistema de automa o o alvo s lido constitu do de atZn eletrodepositado em placa de cobre niquelada 72x27 mm2 com 500mg de massa de ratZn eletrodepositado foi submetido irradia o com pr ton de 24MeV de energia e corrente de 10u4A por uma hora 106 CAP TULO 4 RESULTADOS E DISCUSS ES 4 1 CONFEC O E MONTAGEM DOS PORTA ALVOS 4 1 1 Porta alvo para Irradia o de Alvos S lidos A Figura 4 1 mostra o porta alvo s lido na sua forma final Na Figura 4 1 direita no canto superior pode ser vista a placa suporte onde o material alvo eletrodepositado Na Figura 4 1 inferior visto o orificio de passagem do feixe
162. ringa acionada por um cilindro pneum tico em um recipiente evacuado A Figura 3 13 mostra um desenho esquem tico deste sistema Ap s este processo a superficie interna da c mara seca com g s nitrog nio N2 aquecido a 300 C por meio de uma unidade de aquecimento empregando se o mesmo circuito de aquecimento para gera o de vapor Ap s a secagem a c mara do alvo evacuada at 102mbar e mantida sob v cuo at o pr ximo uso Circuito de Vaporiza o Circuito de Coleta Figura 3 13 Sistema de gera o de vapor lavagem e coleta do alvo 3 3 3 Porta alvo para Irradia o de Alvos L quidos Para irradiar alvos no estado l quido foi projetado um porta alvo c nico criog nico 14 pois um dos mais complexos levando se em considera o os efeitos de comprimento e o n mero de ranhuras de refrigera o para melhor efici ncia evitando se a volatiliza o do alvo 64 O porta alvo foi fabricado em cobre com uma base de 20mm de di metro ngulo de 30 e comprimento de 50mm Possui ainda aletas que permitem uma melhor refrigera o O cone est localizado em uma c mara criog nica cil ndrica com di metro de 125mm e 124mm de comprimento isolada a v cuo e preenchida com nitrog nio l quido cuja fun o congelar o material alvo e mant lo congelado durante a irradia o Um sistema injetor preso a um posicionador linear na frente do alvo faz o seu carregamento com o l quido
163. riormente quando for feita a descri o de cada porta alvo 3 3 PROJETO DE PORTA ALVOS Foram projetados tr s porta alvos para irradia o de alvos s lidos l quidos e gasosos onde se levou em considera o diversos fatores Possibilidade de utiliza o de alvos enriquecidos que possuem um alto custo Nos tr s casos levou se em conta a quantidade adequada de material que deveria ser recuperado no processamento qu mico Al m disso empenhou se em implementar sistemas de alvos convenientes para produ o de radiois topos e que fossem importantes para o uso na Medicina Nuclear Emprego de tipos que possu am caracter sticas espec ficas sendo os mais complexos poss veis e que tivessem o maior n mero de etapas para serem controladas Um exemplo que pode ser citado o do alvo l quido onde seu sistema de refrigera o carregamento e coleta exigiram em fun o da sua complexidade uma solu o mais espec fica em termos de controle e automa o Desenvolvimento de porta alvos com um sistema de refrigera o eficiente como a utiliza o de materiais que permitiam uma eficiente transfer ncia de calor e por conseguinte que tenham uma capacidade de suportar altas correntes de feixe Como a constru o de porta alvos espec ficos n o era o objetivo central do trabalho e sim a automa o em termo de seu controle procurou se trabalhar com porta alvos j desenvolvidos e pesquisados Entretanto os detalhes de c
164. rocesso O uso do CLP SIMATIC S7 ltima vers o lan ada pela SIEMENS um dos maiores fornecedores de sistemas de automa o do mundo 6 fez com que o desenvolvimento do controle do processo fosse montado com um dispositivo que est entre uns dos 115 mais modernos da atualidade Estes controladores SIMATIC utilizam um software totalmente compartilhado e integrado permitindo uma programa o direta 4 2 1 3 Montagem do Hardware nivel 3 Gerenciamento do Processo A montagem da Arquitetura do Hardware n vel 3 pode ser visualizada na Figura 4 10 com uma das telas constru das para o Gerenciamento do Processo de um dos alvos no caso alvos gasosos ros A o ofl j BB Jams ED ue Li la EB mo n o Yo mais ad ps g ue a aie EAST eee 1 A ll RAE y e at T Figura 4 10 Montagem da Arquitetura do Hardware n vel 3 utilizado no Gerenciamento do Processo de um alvo 116 4 2 2 Configura o do Software 4 2 2 1 Configura o do Software n vel 2 Controle do Processo A Arquitetura do Software n vel 2 que abrange o Controle do Processo utiliza um software totalmente compartilhado e integrado Ela foi usada para configurar e programar os controladores program veis SIMATIC S7 Um crit rio foi utilizado para a configura o do Software deste CLP no controle do processo dos tr s porta alvos com as seguintes etapas Abertura do Projeto introdu
165. roduzido pela rea o nuclear 1 N p a 1C usando um porta alvo de alum nio contendo uma mistura de 5 de g s hidrog nio em nitrog nio As irradia es foram feitas no ciclotron Scandtronix MC40 com pr tons de 19MeV de energia e correntes de 30uA durante 30min Steel et al 66 em 1999 adaptaram o sistema de s ntese autom tica citado anteriormente utilizando o CLP Toshiba EX40 para a s ntese de 18FDG pois os sistemas continham processos e componentes em comum O programa de controle foi usado repetidamente experimentando se condi es de falhas para corre es e a confiabilidade dele foi estabelecida baseada em 32 prepara es atingidas com sucesso Saito et al 67 em 2000 relataram a produ o de 18F utilizando um ciclotron AVF por interm dio da rea o 180 p n 8F para realizar experimentos com a fonte intensa de p sitrons emitidos por este radiois topo na pesquisa de materiais O porta alvo confeccionado em Ti era carregado com gua enriquecida em 180 utilizando se uma bomba mec nica O preenchimento do porta alvo era detectado por um sinal el trico e o alvo era pressurizado com g s Ar para evitar forma o de bolhas que poderiam provocar a ruptura das duas folhas de Havar que separam o alvo do v cuo do ciclotron O porta alvo era refrigerado por um fluxo de gua na parte traseira e por g s He na parte interna das folhas de Havar parte frontal do alvo Um feixe de pr tons de 14MeV incidia no al
166. rogramming Manual SIEMENS AG 1996 Germany 154 AP NDICE EN five eee CI Pg RT TU E Local Ac Alemana Amsterdam Holanda O SS T SC POSSE a TC a FERA 5 20 ES p 2K r p 2n Rb BO p n F oora TZ em DS E DE Tempo fat SSS Alvo Pureza Te gt 99 a Fojco Kr gt 99 92 0 E Liquido fundido em placa de Pr portazalvo conico poraavoc mico conico cobre niquelado penne TT TI CIT omo came pa AAA Cone A 2 E ETA O E Te TT ES SE O o A O TO ST E ATA TES IE TES e Corren guay 0 1500 0 oms s a mwen f RR RO e E O ESSA 7 F0 Ta i io LIC O Form QuimicadoAvo e os ho om o o a Ga Edi SAE mf ES E O EE ae om mings EY EA q TD Autores Hessetal Ruthetal uthetal Hessetal ESA ha a EET Oa eke ee ee CT SD SIG DE 3O p n F pate 0 p m 9F ON ar eS ES SS ai U emae EN TET ES a HA A Ao Parez 1 ooa RAJ ooa oea OOE am SS eS SR ST Foma Quiniea dy Avo fg MOS E Estado Fisico Gauss Gaoso e quid ee SNC Ra ee LC ERA E VIAS 30 NO O no LC O ponce A E EA msi gas E EEE EEE EE or QI gueto Erin TT Simglachar et al Esla O Veremercinadi Ss da eto A a ll ORAR Opa F Energia me oS Tron E A lt aaa a Massa Volume Densidade vow o SS forma Quimica de Alo o mo pm UA TPC A A O A A nae AI E E E A EN ONO A A SETTER pem
167. rol and Data Acquisition System seria necess rio para a opera o eficiente em instala es de produ o de radiois topos em ciclotron Sistemas avan ados de controle e de aquisi o de dados t m sido desenvolvidos para grandes aceleradores de part culas baseados em v rias plataformas de opera o O sistema de controle do Cyclone 30 era baseado em dois CLPs U135 da Siemens Uma interface com o operador foi fornecida originalmente com o sistema de controle baseado em um pacote de comunica o COM 527 tamb m da Siemens Ele possu a diversas limita es a saber ambiente inseguro falta de dados de registro controle remoto e monitora o das instala es Pelo uso do pacote FIX DMACS Intellution s Fully Integrated Control System Distributed Manufacturing Automation and Control Software SCADA a interface homem m quina deste ciclotron foi melhorada com o desenvolvimento de uma interface gr fica eficaz para o usu rio GUI Graphical User Interface e portanto garantindo uma comunica o com ele Vinte diferentes telas foram projetadas para visualizar e controlar os par metros do ciclotron das linhas de feixe e dos dispositivos de irradia o Um feixe de pr tons cont nuo e ininterrupto um par metro importante na produ o de radiois topos de um ciclotron comercial Qualquer queda de feixe durante a irradia o ir provocar uma redu o significativa nos rendimentos de produ o dos radiois topos Por 3
168. roncanonnarncanonnnnnos 131 1 301 Ponta divo SOO asus unas di Cada aa N 183 4 3 2 2 Portasalvo GASOSO ii died oe oa dee TE LSS 43243 Portaale LIQUIdO SS ssa cap apena a da ewe asda ode ava on 134 438 Considera coes AnaS dis a A A ar rain 135 CAP TULO 5 CONCLUS ES once gsi ccccossonaasn eeconzesases PP O UR tt diel UR NPR Se 141 MACANO CLCICNLL GE ENERGIA NUCLEAR 5P eia xi LISTA DE TABELAS Tabela 2 1 Radi is topos produzidos em Ciclotrons mais usados na Medicina Nuclear rr A A Re ee nels a a is O Tabela 2 2 Tipos de Aceleradores oooococcccncococccnconononnonono e lanl 9 Tabela 3 1 Caracter sticas Nominais do Ciclotron CV 28 do IPEN CNEN SP 43 Tabela 3 2 Caracter sticas Nominais do Ciclotron Cyclone 30 do IPEN CNEN O Premam a foi api O ci 93 Tabela 3 3 Especifica es T cnicas da CPU 314 0 0 ccc cece scene eee eeees 85 Tabela 4 1 Compara o entre o Comando Convencional com Rel e o Comando com L gica de CLP A ds 136 LISTA DE FIGURAS Figura 2 1 Representa o Esquem tica de um Ciclotron Cl ssico 8 Figura 3 1 C mara de Acelera o do Ciclotron CV 28 e Sistema de Transporte de Feixe Instalados na Caverna iers qe di mans 42 Figura 3 2 C mara de v cuo do Ciclotron CV 28 ococcccccccnccncncnonccanoccncnananono 46 Figura 3 3 Vista esquem tica do C clotron CV 28 e o Sistema de Transporte de Feixe No desenho s o apresentadas apenas duas
169. rporation de Berkeley EUA descreveram sistemas autom ticos de controle do ciclotron de ions negativos RDS 11MeV alvos e sistemas qu micos de processamento apenas para a produ o de 18F a partir do bombardeamento de gua enriquecida em 189 permitindo opera o rotineira e manual O programa foi escrito em linguagem Fortran 286 que interpretava os comandos do usu rio e realizava o controle de Hardware O controle realizava duas fun es a leitura de limites e chaves de posi o temperaturas press es voltagens correntes fluxos de gases etc b transfer ncia de comandos liga desliga para v lvulas chaves e motores Nesta descri o n o citaram as dificuldades e as limita es para sua utiliza o com outros radiois topos de PET Erdman 11 em 1991 descreveu o sistema de controle desenvolvido pela EBCO Technologies Inc Canad que fez uso do controle de processo baseado no sistema industrial fabricado pela Allen Bradley EUA Neste sistema de controle de alvo e no sistema de s ntese qu mica as interfaces do usu rio eram implementadas por meio de um Software control view Allen Bradley operado por um microcomputador onde toda a opera o era supervisionada Estes sistemas contavam com uma sa da para uma impressora onde todos os dados relevantes estavam dispon veis para o usu rio Eles foram desenvolvidos para os radiois topos utilizados em PET tais como 8F 13N 150 e C e eram fornecidos com
170. s Sensores do tipo Penning e Pirani em conjunto com um medidor digital para v cuo controlam diferentes etapas do processo mediante envio de informa o para o CLP A unidade de resfriamento com h lio um sistema fechado e consiste de um compressor de diafragma um trocador de calor e uma janela com folha dupla em Havar A press o do g s h lio cerca de 1 bar e a temperatura em torno de 10 C Um sensor faz o controle do fluxo do g s neste sistema fechado Neste painel foi montado o circuito de refrigera o de gua utilizando a agua de circula o do ciclotron A temperatura da gua de refrigera o monitorada e controlada para cada tipo de alvo Para os sistemas de refrigera o foram utilizadas v lvulas solen ides Asco com corpo de lat o que suportam press es at 14kgf cm e o encapsulamento das bobinas prova d gua de explos o e p Tamb m foi utilizada uma chave de fluxo para indicar qualquer anomalia na circula o da gua Termopares monitoram as temperaturas de refrigera o sendo os sinais enviados ao CLP sue cA marcas CE GRENDI Wilis FAR S amp B ZE da 81 Para o circuito de inje o de nitrog nio l quido que alimenta dois dewars do porta alvo gasoso e a c mara criog nica do porta alvo l quido foram utilizadas v lvulas da Asco especialmente projetadas para criogenia Estas v lvulas suportam temperaturas baixas como a do nitrog nio l quido 196 C e receb
171. s dois tipos de alvos s lidos e gasosos chegando se ao sistema nico de controle e n o a um espec fico para cada radiois topo produzido como os existentes comercialmente Herscheid et al 5 em 1992 produziram o 8 Rb pela rea o 82Kr p 2n Rb a partir de 82Kr enriquecido a 99 92 e subsequente lavagem do alvo pela inje o de gua Foi desenvolvido um gerador compacto usando uma membrana de troca i nica que permitiu a carga e elui o com altas taxas e proporcionou maiores rendimentos de produ o que aquelas normalmente usadas em coluna de gerador Sua geometria compacta permitiu a redu o da quantidade de Pb necess ria para blindagem O nuclideo de meia vida curta 8imKr t 2 13 1s filho do 8 Rb t 2 4 58h tem encontrado ampla aplica o em rotinas da Medicina Nuclear para estudos de ventila o pulmonar Em virtude da dose absorvida ser baixa poss vel utilizar atividades maiores para aquisi o de imagens de alta densidade em um tempo curto Firouzbakht et al 4 em 1993 estudaram os par metros de um porta alvo c nico criog nico utilizado na produ o de 18F a partir da irradia o de 180 como alvo na forma de CO congelado O intuito de tal estudo foi o de verificar o comprimento do cone ngulo de abertura de 30 e o n mero de aletas de refrigera o na parte posterior do alvo dentro da c mara criog nica para otimizar o projeto do alvo Isto se deve ao fato de que a quantidade necess
172. s em categorias nas quais os processos funcionam em intervalos de tempo fixos ou variados baseados nos dados de realimenta o No primeiro caso n o h um sensor para informa o sendo o processo imposs vel de ser mudado No segundo os sensores registram a informa o mas eles n o controlam o processo O terceiro caso retrata o uso de sensores de realimenta o 32 monitorando o processo de controle e alterando a dura o da sequ ncia baseado nas informa es dos sensores Neste ltimo caso a realimenta o dos sensores administra a dura o do processo mas um sistema de intelig ncia ou informa o processada proporciona um controle do processo baseado em tend ncias e compara es de par metros qualitativos no lugar de n veis absolutos ou set points Esta a situa o ideal em termos de s ntese de radiof rmacos Lin et al 6 em 2000 conclu ram que em uma economia global competitiva a automa o tem sido uma aproxima o importante na melhora da produtividade qualidade e satisfa o do cliente Eles consideraram que o sistema t cnico de uma organiza o consiste das ferramentas t cnicas dispositivos artefatos m todos configura es procedimentos e conhecimento especial usado pelos membros da organiza o para adquirir entradas e transformar entradas em sa das Gillespie et al 59 em 2000 mostraram avan os recentes em Software no projeto de linhas de feixe opera es de aceleradore
173. s na produ o de outros radionucl deos importantes para fins m dicos Figura 4 3 Sistema de Carregamento Recupera o e Emerg ncia do G s Cript nio 109 4 1 3 Porta alvo para Irradia o de Alvos L quido O porta alvo l quido confeccionado pode ser visto na Figura 4 4 na qual s o mostradas a c mara do alvo a sua parte frontal a c mara criog nica e a c mara de v cuo das pask CAMARA DO ALVO AMARA 4 E CAMARA CRIOG NICA D DE V CUO Figura 4 4 Porta alvo Liquido Criog nico confeccionado 110 O sistema injetor utilizado para o carregamento do porta alvo l quido pode ser visto na Figura 4 5 E Figura 4 5 Sistema Injetor de Pressuriza o de gua em forma de Spray A Figura 4 6 mostra o sistema tombador com seus respectivos dispositivos utilizados na coleta do alvo l quido c mara de v cuo v lvula gaveta mecanismo e cilindros pneum ticos de rota o e LI Lal q Figura 4 6 Dispositivo Mec nico para Rotac o do Porta alvo L quido naneo an rear n FE ENERGIA NUCLEAR SP its 4 2 MONTAGEM E DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AUTOMA O 4 2 1 Montagem do Hardware 4 2 1 1 Montagem do Hardware Nivel 1 Controle dos Equipamentos Ri mo mi Figura 4 7 Vistas laterais frontal e traseira do Painel de Campo 112 Conforme pode ser notado na Figura 4 7 a montagem do Hardware foi feita de tal modo que se ocupasse o m nimo esp
174. s rio e a defini o da l gica de funcionamento para os respectivos processos dos alvos s lido l quido e gasoso conforme diagramas de bloco mostrados nas Figuras 3 28 3 29 e 3 30 utilizando se o Software aplicativo da Unisoft V rias telas gr ficas foram confeccionadas para os respectivos processos dos porta alvos Os recursos utilizados na constru o delas s o descritos a seguir O Unisoft um poderoso e flex vel software para automa o de processos permitindo criar aplica es em diversos segmentos Aquisi o de dados Interface homem m quina Esta es de supervis o local de processos industriais Esta es concentradoras de dados em processos distribuidos Esta es remotas de supervis o e opera o Integra o de dados e comunica o com sistemas corporativos Ele utiliza microcomputadores e esta es de trabalho interligados em tempo real a processos ou m quinas por meio de controladores program veis m dulos de entrada e saida I O ou outros equipamentos de aquisi o de dados Normalmente o sistema Unisoft n o necessita de qualquer hardware propriet rio espec fico para a aquisi o de dados podendo ser utilizados os dispositivos de entrada sa da I O comuns portas seriais e paralelas mediante uma interface espec fica de software chamada de Driver de Comunica o Ele pode ser executado em qualquer tipo de computador tendo como capacidade intr nseca a de poder s
175. s e treinamento de pessoal Os aceleradores t m sido utilizados em Pesquisa Ind stria Medicina bem como em outros campos e h uma necessidade crescente de novas ferramentas para melhorar a produtividade de cientistas e engenheiros envolvidos com estas aplica es emergentes de aceleradores Diversos avan os em Software para computadores t m sido feitos para focalizar estas necessidades 2 3 2 2 Automa o em Alvos Clark 10 em 1987 fez uma an lise geral da aplica o da automa o em tecnologias de alvos mostrando algumas etapas do processo de controle autom tico Na poca j enfatizava que um sistema inteiramente autom tico necessitava de um retorno de informa o de sensores e transdutores ligados a uma unidade de controle do processo Por m n o mostrou nenhum sistema completo dando apenas uma id ia de v rios dispositivos de automa o Alguns destes dispositivos s o encontrados comercialmente ou s o desenvolvidos por grupos de pesquisa que os utilizam em seus pr prios sistemas Ele ilustrou 33 alguns componentes a saber o CLP para fornecer e controlar informa es sequenciais das etapas do processo como a monitora o de controle de temperatura e press o ou opera es mec nicas Foram citadas tamb m v lvulas com pequeno volume morto ou operadas remotamente frisando a automa o dos processos de sintese qu mica do 18F e HC Padgett et al 12 em 1987 do CTI Cyclotron Systems Inco
176. s porta alvos tamb m foi confeccionado um Painel de Campo que cont m todos os elementos de opera o sendo respons veis pelas atua es v lvulas cilindros etc e os elementos detec o sensores respons veis pelo di logo entre a opera o e o controle Para a parte de controle e supervis o foi montado um Painel de Controle e foi desenvolvida a programa o dos Softwares para controle dos processos Neste sistema todas as opera es s o gerenciadas e supervisionadas em uma tela de computador que se comunica com um CLP o qual faz todo o controle do processo Para estas etapas foi necess rio implantar sensores para a realimenta o de dados no sistema tais como n veis de flu dos press o fluxo temperatura etc Em cada etapa do processo todos estes par metros s o 72 monitorados e al m disto ha necessidade de atua o quando qualquer anomalia nestes ciclos for identificada 3 5 2 Desenvolvimento e Montagem do Sistema O sistema como um todo chamado de Sistema Integrado composto por Porta alvos acoplados em uma pr c mara na linha de feixe um Painel de Campo onde est instalada toda a infra estrutura de controle dos alvos e um Painel de Controle onde feito o gerenciamento e supervis o dos processos a 30 metros do campo A Figura 3 20 mostra o Diagrama de Blocos do Sistema Integrado utilizado no Desenvolvimento da Automa o SISTEMA INTEGRADO Figura 3 20 Diagrama de Blocos
177. se preenchia os requisitos descritos Qualquer falha apresentada o problema era anotado e solucionado Com a falha registrada e os ajustes efetuados o equipamento era colocado em opera o novamente para assegurar que todos os par metros estavam dentro das especifica es 129 4 3 1 1 Opera es em Vazio As opera es em vazio feitas em laborat rio permitiram uma an lise preliminar do painel de campo e do painel de controle onde puderam ser corrigidas algumas situa es e serviram como ponto de partida para as opera es com carga A verifica o visual na instala o geral permitiu que fossem verificadas e corrigidas as liga es das fia es nos respectivos conectores Durante a medida da tens o de linha na entrada do sistema n o foi verificada nenhuma queda Os fus veis foram ajustados com diversos valores de acordo com a carga de cada parte do circuito Pela verifica o da sequ ncia de fase p de ser corrigido o sentido de movimento dos motores com suas respectivas rota es Os sensores t rmicos dos motores foram ajustados conforme seus limites de correntes suportadas Os conversores de sinais foram calibrados por meio de ajustes dos potenci metros adequados externos e internos nos pontos zero e m ximo A polaridade tamb m foi ajustada e invertida quando necess rio Foi verificado o funcionamento das botoeiras de emerg ncia que quando acionadas desligam toda a linha de pot ncia For
178. seu respectivo campo na parte inferior da tela mesmo que este j tenha sa do desta condi o Um exemplo de tela desenvolvida pode ser visto na Figura 4 19 que mostra os tipos de falhas em 126 cores distintas auxiliando o operador por interm dio de um hist rico em uma eventual manuten o ou mesmo na estat stica de tempo de vida m dia de determinados componentes Projeto IPEN Irradia o de Alvos ALARMES ATIVOS File Tools ALARMES ATIVOS Descri o do Alarme Ativo 2 05 2001 09 40 26 SISTEMA DE CARREGAMENTO N O EST RECUADO REC ALARME ESTA Tend ncias Figura 4 19 Tela de alarmes desenvolvida para visualizac o das falhas que eventualmente podem ocorrer durante o processo e a forma pela qual s o comunicadas ao operador A qualquer tempo estes dados podem ser recuperados dos arquivos e mostrados em gr ficos de tend ncias de hist rico O operador pode usar esses dados armazenados para examinar os eventos acontecidos auxiliando assim na identifica o mais r pida de eventuais problemas Os dados armazenados representam uma poderosa ferramenta para corre o e otimiza o de processos A Figura 4 20 apresenta os gr ficos de tend ncias monitorando as correntes de feixe com seus respectivos c digos de cores que s o diferenciadas para permitir uma melhor visualiza o do estado da vari vel Na tela mostrada na Figura 4 20 pode se verificar que o acompanhamento dos par metros
179. tar a produ o com redu o de custos e alta qualidade possibilitam consequentemente um aumento de competitividade no mercado com maior faturamento que com certeza o melhor benef cio encontrado na implementa o deste projeto Em ambientes competitivos exigem se cada vez mais sistemas de alta performance capazes de garantir economia e efici ncia Plenamente incorporado a essa realidade o sistema desenvolvido assegura o controle dos dispositivos de irradia o reagindo rapidamente a falhas ou mesmo permitindo eventuais adapta es em resposta a novas demandas Um outro par metro que pode ser ressaltado neste conceito de automa o algum tipo de integra o da produ o mix com o sistema administrativo da empresa como planejamento expedi o e venda de produtos acoplados em uma rede comum Esta integra o garante redu o do tempo de comunica o entre as reas melhor planejamento para a produ o agiliza as informa es entre o departamento comercial e o departamento de produ o com o objetivo de melhor atender o mercado prazos e custos otimizados e LV A tecnologia de automa o mostra se uma fonte de mudan a dr stica que est afetando rapidamente todos os aspectos do controle e da instrumenta o industrial pois viabiliza um meio de interconex o de dispositivos de campo a um custo muito baixo aliado a uma grande liberdade de configura o proporcionando uma consider vel economia
180. tema dirigido por um menu auto explicativo com telas gr ficas coloridas representando aspectos essenciais do processo de controle e etapas de sequ ncia dos diversos tipos de procedimentos utilizados neste sistema de irradia o O operador respons vel pela irradia o pode inici la por interm dio da introdu o de algumas informa es como tipo de alvo e dose integrada solicitada pelo usu rio definindo automaticamente todo o setup necess rio para a produ o do radiois topo Todo o controle f sico do processo ser realizado pelo software do CLP sem a necessidade de interven o do operador Todos os eventos s o indicados nas telas do supervis rio sendo a comunica o de falhas de visualiza o r pida mediante a mudan a de cor no local do evento verde para vermelho informa o detalhada por meio de mensagens de erro combina es pr selecionadas de feixe status online do processo e opera o dos alvos e por fim a visualiza o das etapas do processo Todos estes itens apresentados definem que este sistema definitivamente uma interface homem m quina IHM integrada ao controle de processo desenvolvido No in cio do processo o operador informa o tipo de alvo e coloca todo o sistema na posi o 0 condi es pr vias que satisfazem o inicio do processo Estas informa es s o conferidas e se estiverem corretas 0 processo se inicia Caso contr rio o supervis rio informa qual a
181. tipos de rede de comunica o desde o n vel Corporativo at o n vel de Ch o de F brica Tudo isso com o uso de um nico banco de dados que faz parte do conceito Automa o Totalmente Integrada Facilidade de altera o da l gica de controle sem a necessidade de implementa o de novos componentes internos ao painel e de alterar a sua fia o o que ocorreria num painel convencional a rel s A redu o dos espa os j que comandos convencionais a rel s necessitam de metros de pain is enquanto que a l gica com CLP n o necessita de rel s rel s com mem ria temporizadores contadores etc reduzindo o tamanho f sico dos pain is A Figura 4 12 d uma id ia de como a programa o estruturada Ladder foi elaborada para o desenvolvimento deste trabalho NINE Rad des TIRA IA AR Canis ea par De _ o Se sn oe 9 TS A A F Eh to RE a E gt Ii TE a le i La NI A 3 k Network 23 ETAPAZZ GIRA PORTA ALVO LIQUIDO INICIO OP D ETAPAZ 2 ti _FECHAD ETAPA2 2 Pr ERACAO re rr 6 ve ia tae Bf kii rag rg ui A al AA AA J es 9 tt cr I y H a 3 AAA Symbol Information ETAPA22 ETAPA22 L QUIDO GIRA PORTA ALVO L QUIDO M100 3 INICIO OPERACAO INICIO DE OPERA O T91 T ETAPAZ2 ETAPAZ2 L QUIDO TEMPO DE MONITORA O 10 1 Vi FECHADA Vi COMUM PRINCIPAL FECHADA 08 1 v2 V2 COMUM VENTILADA 08 2 v3 V3 COMUM PR V CUO 09 7 v
182. to possu a 100mm de comprimento e 30mm de di metro O 180 enriquecido isotopicamente com mais de 97 era introduzido no porta alvo a uma press o de 1 38MPa 200psi utilizando uma garrafa de SS cryo trap de 75mL O alvo foi submetido irradia o com pr tons 10MeV por meio das duas folhas com tempos de 40 a 60min de dura o e correntes de feixe entre de 20 e 40uA No t rmino da irradia o o alvo de 130 era recuperado em uma garrafa de SS imersa em um Dewar preenchido com nitrog nio l quido por m todo criog nico deixando o produto da rea o 180 p n SF preso nas paredes de aluminio do porta alvo Tipicamente a transfer ncia criog nica de 180 era tal que mais de 20 opera es puderam ser feitas sem adi o de is topo na garrafa de alimenta o O is topo 182 era desprendido das paredes do porta alvo por uma rea o de troca com quantidades micromolares de F gasoso em alta press o 26 Firouzbakht et al 41 em 1999 determinaram a possibilidade da produ o direta de 11C HCN em um alvo criog nico de prata e investigaram os produtos da irradia o de am nia s lida congelada com altas correntes de feixe de pr tons por interm dio da rea o 1 N p a 1C no Brookhaven National Laboratory EUA Eles verificaram ser poss vel evitar a decomposi o radiol tica de NC HCN mantendo se a matriz de am nia congelada Hess et al 42 em 1999 estudaram algumas otimiza es na produ o de
183. tra o ressonantes as ltimas rbitas do feixe n o s o separadas e a folha de cobre intercepta uma parte significativa de feixe apesar de sua espessura reduzida 15 Devido variedade de feixe que pode ser extra do com o modelo CV 28 o canal eletrost tico foi projetado de modo a permitir um ajuste remoto entre a barra defletora e o septum A Figura 3 2 mostra a c mara de vacuo principal do ciclotron CV 28 regi o central de cria o e acelera o dos ions onde s o observados a fonte de ions os d s o sistema de extra o defletor e a ponta de prova Ap s o feixe ser defletido de sua rbita m xima ele passa por um canal magn tico sendo ent o enviado para o sistema de transporte de feixe Este consiste inicialmente de uma linha de feixe principal com um sistema de bobinas de centraliza o steering e focaliza o quadrupolares Um im distribuidor desvia o feixe para cada uma das sete linhas de feixe externo a 0 20 40 60 gt at atingir o alvo numa destas posi es 46 Fonte de lons Figura 3 2 C mara de v cuo do Ciclotron CV 28 Em cada uma destas linhas tamb m est instalado um sistema de bobinas quadrupolares para focaliza o e um sistema de varredura que permite uma maior uniformidade do feixe O sistema de feixe externo atualmente instalado no ciclotron CV 28 do IPEN composto de uma linha de feixe principal e tr s linhas secund rias l
184. traseira e frontal Possui recortes e luva para entrada de cabos com plug do mouse e teclado A parte inferior cont m uma base soleira para entrada e sa da de cabos Permite f cil acesso fia o mediante suas portas Neste rack tamb m est instalado o Computador de Supervis o que faz parte do item Arquitetura do Hardware n vel 3 Gerenciamento do Processo Neste gabinete est interligada toda a linha de interface com Campo e Supervis o Sendo assim foram pesquisados recursos de montagem procurando se utilizar componentes integrados visando sempre a economia de espa o e redu o de custos de instala o Todas as sa das para os elementos de campo possuem fus veis de prote o evitando se danos maiores em caso de ocorr ncia de alguma anomalia 3 5 3 1 3 Arquitetura do Hardware n vel 3 Gerenciamento do Processo Para esta Arquitetura de Hardware foi utilizado um computador com uma interface gr fica sendo executada pelo sistema Unisoft que tem como capacidade intr nseca a possibilidade de comunica o com outros dispositivos que atuam sob diferentes plataformas Este tipo de interface permitiu que os tradicionais pain is das salas de controle fossem substitu dos por equipamentos mais modernos isto uma tela de computador no lugar de mesas de opera o Os computadores al m de efetuarem as mesmas tarefas ainda possibilitam uma concentra o de dados dispondo os operadores de forma mais c
185. trol of automated synthesis using a Toshiba EX40 PLC In EIGHTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON TARGETRY AND TARGET CHEMISTRY Proceedings St Louis 1999 p 95 97 67 SAITO F SUZUKI N ITOH Y GOTO A FUJIWARA I KURIHARA T IWATA R NAGASHIMA Y HYODO T Automatic 18F positron source supply system for a monoenergetic positron beam Radiat Phys Chem v 58 p 755 757 2000 152 68 ZEISLER S K BECKER D W PAVAN R A MOSCHEL R RUHLE H A water cooled spherical niobium target for the production of 8F fluoride Appl Radiat Isot v 53 p 449 453 2000 69 BERGMAN J ESKOLA O LEHIKOINEN P SOLIN O Automated synthesis and purification of 18F bromofluoromethane at high specific radioactivity Appl Radiat Isot v 54 p 927 933 2001 70 LUCKI G ZANCHETTA A A GOUVEIA S KLEIN H Isochrouns Variable Energy Cyclotron of IPEN CNEN SP Installation uses and perspectives In IV JAPAN BRAZIL SYMPOSIUM ON SCIENCE AND TECHNOLOGY VOL IV APPLICATION OF RADIATION AND RADIOISOTOPES 1984 Sao Paulo Proceedings Sao Paulo Academia de Ci ncias do Estado de Sao Paulo SP 1984 p 146 151 71 10N BEAM APPLICATIONS Cyclone 30 Operations Manual Version IT 2 0 maio 1995 IBA Louvain La Neuve B lgica 72 KAWAI K An Intelligent Multimedia Human Interface for Highly Automated Combined Cycles Plants Control Engineering Practice v 5 p 401 406 1997 73 The SSCL proc
186. uito possibilitando desta maneira a corre o de qualquer invers o que pudesse ter ocorrido durante a montagem Os fus veis foram recolocados tamb m por partes com seus respectivos valores ajustados e os disjuntores foram acionados medida que sua linha de comando era solicitada para eventual corre o ou ajuste Durante a opera o em cada parte todos os outros circuitos ficavam desabilitados 103 Com o fas metro verificou se a sequ ncia de fase no circuito corrigindo se no caso de invers o Uma fonte de corrente foi colocada nos sete pontos de entrada dos conversores de sinais anal gicos para eventual calibra o Somente ap s a fia o ser acoplada e as botoeiras de emerg ncia atuarem corretamente o sistema foi energizado integralmente A simula o da sequ ncia l gica foi feita com o aux lio de uma ferramenta de monitora o e de modifica o de vari veis do Software SIMATIC for ando se os sinais de entrada e verificando se a sa da Este software tamb m conta com um sistema de diagn stico que foi utilizado para detec o de erros 3 6 1 2 Testes com Carga Foi verificado o funcionamento manual e autom tico do sistema com a carga m xima exigida e o comportamento de todos os motores movimento dos dispositivos de irradia o etc Ap s o t rmino destes testes o sistema pode ser considerado pronto para ser instalado no ciclotron 3 6 2 Instala o do Sistema no Ciclotron
187. um duplo clique sobre o objeto selecionado torna se possivel coloc lo na grade de constru o Ap s este passo o objeto pode ser ajustado em tamanho cor e na din mica selecionada para ele de acordo com a fun o desejada no processo Tamb m o Unisoft disp e de uma linguagem interna de programa o que permite escrever as l gicas matem ticas para a aplica o Al m das mais de 90 fun es j dispon veis poss vel adicionar fun es personalizadas As tarefas de runtime aceitam novas configura es imediatamente configura es online sem precisar reiniciar os programas poss vel mudar qualquer configura o como c lculos matem ticos relat rios endere amento no CLP e at mesmo o tipo de uma vari vel tag no banco de dados O Application Builder possui o exclusivo Execute mode que configura e executa na mesma janela ao mesmo tempo 99 InduSoft Studio Display1 File Edit View Insert Eroject Looks Window Help 26 09 188x 2 8 03 KE Ju e Eu Tate A La _ ah Project IPEN PORTA ALV E Screens Group Screen l E Library 3 Symbols a Name CO NUM fd Xevis WOH 2 Figura 3 32 Biblioteca de Simbolos do Unisoft mostrando uma janela de constru o e ou desenvolvimento de telas Com o Unisoft podem ser impressos relat rios gr ficos ou texto e ainda um arquivo pode ser gravado em disco Todas as ferramentas necess rias para a cria o de gr ficos e relat ri
188. uma nova s ntese O C CO2 produzido pela rea o 14N p a 1C Passados 10 min de irradia o o equipamento de s ntese abastecido para opera o subsequente e o C CO2 transportado do ciclotron para o equipamento de s ntese O C Choline um radiof rmaco utilizado para diagn stico de tumores localizados no c rebro pulm o es fago reto pr stata e sistema urin rio A localiza o do tumor claramente vis vel em imagens reconstru das de dados adquiridos em 5 a 15min ap s a inje o Steel et al 65 em 1999 desenvolveram um sistema completamente autom tico baseado em um conjunto modular controlado por um CLP O sistema de s ntese automatizado para a produ o do C Timidina estava instalado em uma hot cell e foi construido em tr s m dulos Todas as opera es desligamento de v lvulas controle de temperaturas de fornos e de banhos de leo taxas de fluxo de gases e reagentes cronometragem e dura o de cada passo etc eram controlados externamente usando um CLP Toshiba EX 40 Cada v lvula era controlada por uma saida do CLP e o programa ladder logic 39 executava a sequ ncia de cada passo Foram realizadas 72 produ es para estudos cl nicos sendo que em somente duas delas ocorreram falhas uma em virtude da presen a de uma impureza desconhecida e outra por causa da m qualidade de um reagente Portanto nenhuma destas falhas ocorreu em fun o do controle do sistema O C foi p
189. uxo sang neo metabolismo cerebral Metabolismo cerebral e do mioc rdio 18F 110 min PET localiza o de tumores malignos que t m metabolismo interno de glicose 5 gu moles e les es inflamat rias tumores supra renais SPET PET Tomografia por Emiss o de P sitrons e SPET Tomografia por Emiss o de F ton nico s o t cnicas de imagens que usam radiois topos prim rios ou mol culas marcadas para mapear intera es moleculares de processos biol gicos in vivo 20 2 1 1 Aceleradores na Produ o de Radiois topos A maioria dos aceleradores usados para produ o de radiois topos s o ciclotrons is cronos O c clotron foi inventado por E O Lawrence em 19300 e sua teoria foi desenvolvida completamente nos anos 60 e tais m quinas t m sido constru das seguindo o mesmo projeto conceitual o ciclotron is crono compacto No meio da d cada de 80 mais de cem aceleradores deste tipo foram instalados em universidades com energia vari vel sendo capazes de acelerar mais de uma part cula p d 3He a projetados para pesquisas em f sica nuclear radioquimica e outras aplica es Existem dois tipos de ciclotrons 15 22 2 1 1 1 Ciclotron de ons Positivos cl ssicos Neste acelerador as part culas s o geradas por uma fonte de ions H no caso de pr tons e d uterons ou Hett no caso de 3He e a no centro da c mara de v cuo tanque do ciclotron composta de dois eletrodos em forma de
190. vo com correntes de 1 a 1 64A produzindo atividade de 13F em torno de 2GBq 54mCi em th de irradia o A solu o contendo 18F era automaticamente transferida via g s He por meio de um tubo de Teflon at a sala experimental Foi desenvolvido um sistema automatizado de um mecanismo de alimenta o da fonte e eletrodeposi o que era controlado por um PC N o foi citado nenhum detalhe desta automa o Zeisler et al 68 em 2000 constru ram um sistema de alvo automatizado para a produ o rotineira de F utilizando se um alvo de gua enriquecida em 40 180 Ele consistia de uma pequena c mara esf rica de Nb montada em um porta alvo especial que proporcionava uma refrigera o r pida por um fluxo de gua ao redor da esfera O alvo era preenchido com 1 6mL de H20 por meio de uma seringa autom tica e selado com v lvulas usadas em HPLC O alvo foi irradiado no ciclotron Scanditronix MC32 do Centro de Pesquisa de C ncer alem o com pr tons de 21MeV e a energia incidente na c mara do alvo era de 13MeV O sistema era operado sem excesso de press o externa e foi experimentado com correntes de feixe de at SOuA Depois da irradia o a gua irradiada era transferida com g s h lio por meio de tubo capilar de 0 8mm de di metro interno at uma hot cell a 25m de dist ncia Foi extra do 95 do rendimento te rico do 3F F e usado para s ntese de 8F 2 Fl or 2 Deoxi D Glicose Os autores n o mencionaram co

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