[Đồ án] Ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ nhằm xác định độ an mòn các ống công nghệ của nhà máy công nghiệp

[Đồ án] Ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ nhằm xác định độ an mòn các ống công nghệ của nhà máy công nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Để có được những kiến thức, hiểu biết trong suốt những năm học tập ởtrường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cũng như thời gian thực hiện đồ án tốtnghiệp, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Các thầy cô giảng viên Viện kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường, ViệnVật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tận tình dạy bảo và truyềnđạt cho em kiến thức, kinh nghiệm học tập và làm việc

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ks V ũ Tiến Hà –Giám đốc trung tâmĐánh giá không phá huỷ và Ths Vũ Tiến Phong đã không tiếc thời gian, côngsức trực tiếp hướng dẫn trong suốt thời gian em làm đồ án tại trung tâm Emcũng xin chân thành cảm ơn các anh chị ở Trung tâm đánh giá không phá huỷ đãtận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên

và bên em trong cuộc sống cũng như trong học tập

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 6/2011

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ 5

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 7

PHẦN 2: NỘI DUNG 9

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP 9

1.1: Cơ sở vật lý

10 1.1.1: Tương tac bức xạ môi trường

10 1.1.1.1: Tính chất cơ bả của bức xạ tia X và tia Gamma

10 1.1.1.2; Hấp thụ quang điện

12 1.1.1.3: Tán xạ compton

14 1.1.1.4: Hiệu ứng tạo cặp

15 1.1.2: Phân loại nguồn 16

16

1.1.2.2: Nguồn phát tia gamma

18

1.2: Ăn mòn

21

1.2.1: Khái niệm

21

1.2.2: Tầm quan trong về mặt kinh tế của kiểm soát ăn mòn kim loại

23

1.2.3: Các dạng ăn mòn

23

1.2.4: Các biện pháp chống ăn mòn kim loại

25

1.3: Kỹ thuật chụp phóng xạ để xác định ăn mòn

26

1.3.1: Chụp ảnh phóng xạ truyền thống

26

1.3.1.1: Định nghĩa

26

1.3.1.2: Nguyên lý của chụp ảnh phóng xạ

26

1.3.1.3: Phim trong chụp ảnh phóng xạ truyền thống

28

1.3.2: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số

30

1.3.2.1: Phim trong chụp ảnh phóng xạ số (Tấm IP)

30

1.3.2.2: Máy đọc ảnh kỹ thuật số CR-35

32

1.3.3: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số xác định chiều dày kim loại và ăn mòn vật liệu

33

1.3.3.1: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ tạo bóng

33

1.3.3.2: Kỹ thuật xác định sự thay đổi vùng chiều dày thông qua thay đổi

vùng độ đen(giá trị sám trong ảnh số)- kỹ thuật chụp ảnh hai thành hai ảnh chồng nhau(SDWDI)

35

1.3 4 Liều chiếu và an toàn trong chụp ảnh phóng xạ

37

1.3.4.1: Định nghĩa liều chiếu

37

1.3.4.2: Các phương pháp xác định liều chiếu……… …37 1.3.4.3 Phương pháp giản đồ chiếu

38

1.3.4 4 An toàn bức xạ

40

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

43

2.1: Thiết kế và chế tạo mẫu đối chứng

43

2.2: Các thiết bị bố trí trong thực nghiệm

43

2.2.1: Máy phát tia X

43

2.2.2: Máy quét ảnh Scan

45

2.2.3: Phần mềm xử lý ảnh Isee

45

2.3: Bố trí hình học

49

2.4: Thực hành

50

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN

51

3.1: Xác đinh đường kính lỗ

53

3.2: Suy giảm bề dày của các bậc

54

3.3: Độ ăn mòn các lỗ

55

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Phương pháp chụp ảnh phóng xạ 9

Hình 1.2 :Định luật tỷ lệ nghịch bình phương 10

Hình 1.3 :Định luật hấp thụ 11

Hình 1.4 :Hiệu ứng hấp thụ quang điện 12

Hình 1.5 :Hiệu ứng tán xạ compton

14 Hình 1.6 :Sự tạo cặp 15

Hình 1.7 :Sơ đồ phát tia X 16

Hình 1.8 :Biểu đồ dạng phổ bức xạ tia X 18

Hình 1.9 :Giản đồ bước sóng, tần số của các loại sóng điện từ 19

Hình 1.10:Biểu đồ dạng phổ các nguồn gamma 20

Hình 1.11: Một số hình ảnh về ăn mòn 22

Hình 1.12: Nguyên lý kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp chụp ảnh

phóng xạ 27

Hình 1.13:Cấu tạo phim chụp ảnh bức xạ 28

Hình 1.14:Quá trình tạo ảnh ẩn trên tấm IP 30

Hình 1.15:Quá trình đọc ảnh 32

Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo máy đọc ảnh kỹ thuật số CR-35 32

Hình 1.17: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ tạo bóng 33

Hình 1.18: 34

Hình 1.19: Nguyên lý của kỹ thuật so sánh độ đen (mức xám) trên phim 35

Hình 1.20: Xác định chiều dày bằng phần mềm Isee 36

Hình 1.21:Đường đặc trưng đối với một loại phim nhất định 38

Hình 1.22:Giản đồ chiếu cho máy phát tia X, SMART-300 dùng cho chụp vật liệu thép ở các giá trị cao áp khác nhau 39

Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mẫu đối chứng 44

Hình 2.2: Máy quét ảnh Scan CR-35 45

Hình 2.3: Giao diện phần mềm Isee 45

Hình 2.4: Tối ưu hóa quan sát và tối ưu hóa giá trị 46

Hình 2.5: Filter lowpass 47

Hình 2.6: Chuẩn thang đo 47

Hình 2.7: Xác định đường kính, vùng và chiều dài khuyết tật bằng Isee V1.10 48

Hình 2.8: Xác định đường kính ống, chiều dỳ thành bằng Isee V1.10.

48

Hình 2.9: Xác định độ ăn mòn của thành ống trên mẫu đối chứng 49

Hình 2.10: Kiểm tra đường ống bằng chụp ảnh xuyên qua hai thành ống 49

Hình 2.11: Quét ảnh 50

Hình 2.12: Xử lý ảnh 50

Hình 3.1: Xác định đường kính lỗ 52

Hình 3.2: Kết quả đo mẫu thực tế 54

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang phát triển đô thị hóa, công nghiệp hóa và hiện đại hóa Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân là một lĩnh vực đã hình thành từ lâu, nó đã và đang phát triển rất mạnh trên toàn thế giới, mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và có những đóng góp quan trọng vào đời sống xã hội Ở nước ta hiện nay, năng lượng và ứng dụng kỹ thuật hạt nhân đang là vấn đề được quan tâm và đầu tư đặc biệt Một trong những ứng dụng quan trọng của kỹ thuật hạt nhân là kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing- NDT) Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phương pháp, mỗi phương pháp có những vai trò và khả năng khác nhau, chụp ảnh phóng xạ là một trong những phương pháp chủ lực của NDT

Vấn đề ăn mòn kim loại có liên quan hầu hết đến các ngành kinh tế Người tatính được rằng giá tiền chi phí cho lĩnh vực ăn mòn chiếm khoảng 4% tổng thunhập quốc dân đối với những nước có nền công nghiệp phát triển.

Chi phí này tính cho các khoản sau:

 Những mất mát trực tiếp: tiền chi phí cho việc thay thế các vật liệu đã bị ănmòn và những thiết bị xuống cấp do ăn mòn gây ra

 Những tổn thất gián tiếp: chi phí cho việc sửa chữa số lượng sản phẩm giảmchất lượng trong quá trình sản xuất hoặc bị mất mát do hiện tượng ăn mònkim loại gây ra

 Chi phi cho các biện pháp để phòng ngừa, các biện pháp để bảo vệ chống ănmòn kim loại

Thông thường chi phí trực tiếp ít hơn rất nhiều so với chi phí gián tiếp vì vậyviệc nghiên cứu bảo dưỡng và bảo vệ chống ăn mòn, kéo dài thời gian sử dụngcác thiết bị , máy móc, các cấu kiện, cầu cảng, tàu biển, các công trình ven biển

… Thường xuyên là vấn đề rất có ý nghĩa về mặt khoa học kỹ thuật cũng như vềmặt kinh tế

Chụp ảnh phóng xạ là một phương pháp để kiểm tra ăn mòn kim loại rất tốt.Ngoài ra sử dụng máy tính hỗ trợ trong chụp ảnh phóng xạ làm tăng khả năng

phát hiện ăn mòn cao Đây chính là hướng nghiên cứu trong đồ án “ Ứng dụng

phương pháp chụp ảnh phóng xạ nhằm xác định mức độ ăn mòn các ống công nghệ của nhà máy công nghiệp ”.

Đồ án gồm những nội dung chính sau:

Phần 1: Mở đầu

Phần 2: Nội dung

Chương I: Cơ sở của phương pháp

Chương II: Phương pháp thực nghiệm

Chương III: Kết quả và thảo luận

Phần 3: Kết luận

PHẦN 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP

Là phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu sử dụng bức xạ ion hóa có

độ xuyên sâu cao (tia X, gamma, nơtron) để tạo hình ảnh thấy được trên phimphóng xạ nhằm xác định các khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu và cócấu hình khác nhau Một phim chụp ảnh bức xạ thích hợp được đặt phía sau vậtkiểm tra và được chiếu bởi một chùm bức xạ qua nó Cường độ bức xạ đi qua vậtthể bị thay đổi tùy theo cấu trúc bên trong của vật thể, và như vậy, khi xử lýphim đã chụp sẽ làm xuất hiện ra hình ảnh của vật cần kiểm tra Sau đó phimđược giải đoán để có được những thông tin về khuyết tật bên trong sản phẩm

Hình 1.1 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ

1.1 Cơ sở vật lý

1.1.1 Tương tác bức xạ với vật chất [1,7]

1.1.1.1 Tính chất cơ bản của bức xạ tia X và tia gamma

Bức xạ tia X và tia gamma có cùng một bản chất là bức xạ sóng điện từ, vìvậy chúng cùng có các tính chất chung sau:

- Không thể cảm nhận được chúng bằng các giác quan thông thường củacon người

- Chúng là cho một số chất có khả năng phát huỳnh quang như: kẽm,sulfide, canxi tung state, kim cương, barium platinocyanide, naphtalene,antharacene, stillbene, thallium được kích hoạt natri iodide

- Chúng truyền với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng nghĩa là 3 x 1010 cm/s/

- Gây nguy hại cho tế bào

sống

- Gây ra sự ion hóa, chúng

có thể tách các electron ra khỏi

nguyên tử kim loại tạo ra các

ion dương và ion âm

- Truyền theo đường

thẳng, là dạng bức xạ sóng điện

từ nên chúng cũng có thể bị

phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ

- Tuân theo định luật tỷ lệ

nghịch với bình phương khoảng

cách, tức là cường độ bức xạ tia X hoặc tia gamma tại một điểm bất kì nào đó tỷ

lệ với bình phương khoảng cách từ nguồn đến điểm đó

Theo toán học biểu điễn là:  

 

2 2 1

2

l I

thể xuyên qua được, độ xuyên sâu

phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ

và mật độ, bề dày của vật liệu Một

Hình 1.2 Định luật tỷ lệ nghịch bình phương

0

Hình1.3 Định luật hấp thụ

chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma đơn năng tuân theo định luật hấp thụ: I

= Io e-µx

Trong đó: Io , I: Cường độ bức xạ tới và truyền qua

µ: Hệ số hấp thụ dài ( cm-1)

x: Bề dày ( cm)

- Trong khi truyền qua vật liệu chúng có thể bị hấp thụ hoặc bị tán xạ

Sự suy giảm cường độ của chùm bức xạ tới xảy ra theo ba hiệu ứng cơ bản đólà: sự hấp thụ quang điện, sự tán xạ compton và hấp thụ tạo cặp Tuy nhiên,trong điều kiện sử dụng năng lượng bức xạ thấp (nhỏ hơn 1.022MeV), thì haihiệu ứng hấp thụ quang điện và tán xạ compton là chủ yếu

chiếm chỗ electron đã mất đi đồng

thời giải phóng ra bức xạ tia X đặc

hγ) truyền : Năng lượng của chùm bức xạ tới

Elk : Năng lượng liên kết các electron trong lớp vỏ nguyên tử

Hiện tượng quang điện chiếm ưu thế đối với photon có năng lượng thấp

và trong môi trường có nguyên tử số Z lớn Xác suất xảy ra quá trình hấp thụquang điện được gọi là tiết diện hấp thụ quang điện Tiết diện hấp thụ quang điệnphụ thuộc vào nguyên tử số Z của môi trường và năng lượng bức xạ tới Thựcnghiệm đã chứng minh được sự phụ thuộc đó:

Z

E 

Hiệu ứng hấp thụ quang điện chủ yếu xảy ra ở lớp K của điện tử Nănglượng mà tại đó sự thay đổi đặc biệt sắc nét xảy ra ở lớp K, gọi là biên độ hấpthụ K và biểu thị trạng thái mà ở đó điện tử được giải phóng có động năng bằngkhông Việc tăng năng lượng của photon tới sẽ làm giảm xác suất hấp thụ nênhiệu ứng quang điện chỉ xảy ra tại ngưỡng 115KeV Nó chiếm khoảng 80% hiện

tượng hấp thụ quang điện của nguyên tử nên coi: 4

 tiết diện hấp thụ quang điện xảy ra trong nguyên tử

Điều này giải thích tại sao chì (Z=82) và Urani (Z=92) là những chất chechắn tia X và tia gamma rất tốt.

Hấp thụ quang điện là nguyên nhân chính làm suy giảm cường độ bức xạtrong chụp ảnh bức xạ Các electron quang điện gây ion hóa phim (làm đenphim) trong chụp ảnh phóng xạ Do vậy hiệu ứng quang điện được sử dụng đểtạo ảnh trên phim trong chụp ảnh phóng xạ

1.1.1.3 Tán xạ compton

Khi năng lượng của photon được tăng lên vượt khỏi vạch K (cạnh hấp thụ

K : 115KeV) thì quá trình hấp thụ chủ yếu thay đổi từ hiệu ứng hấp thụ quangđiện sang hiệu ứng tán xạ compton

Hình 1.5 Hiệu ứng tán xạ compton

Tán xạ compton là quá trình mà bức xạ tia X hoặc tia gamma thể hiệntính chất hạt, va chạm với electron ở lớp vỏ ngoài và truyền một phần nănglượng của nó cho một electron và bức electron ra khỏi nguyên tử Sau đó, nó

Bức xạ

tới

electro n

positr on Hình 1.6: Sự tạo

cặp

chuyển động với một vận tốc nào đó, còn bản thân bức xạ cũng bị tán xạ ra theomột góc nào đó cùng với sự suy giảm năng lượng

2 0 2

0

mc EE=

mc +E (1-cosθ)Trong đó, E là năng lượng photon tán xạ, E0 là năng lượng photon tới, θ làgóc tán xạ, m là khối lượng của điện tử, c là vận tốc ánh sáng trong chân không.Tán xạ compton xảy ra chủ yếu đối với các electron tự do và các electronliên kết yếu nằm ở lớp ngoài cùng của nguyên tử do những electron này có thểxem như là tự do đối với bức xạ có năng lượng cao Xác suất của tán xạCompton tăng một cách tuyến tính với nguyên tử số của chất gây ra tán xạ vàgiảm chậm khi năng lượng photon tăng Đối với năng lượng cỡ trung bình thìhiệu ứng Compton là quan trọng nhất trong sự suy giảm của bức xạ Thực tế, sựtác động của bức xạ tán xạ mà phần lớn những bức xạ đi đến phim có một hướngkhác với hướng truyền của bức xạ sơ cấp Bức xạ sơ cấp tạo ra ảnh chụp bức xạtrên phim còn bức xạ tán xạ compton có khuynh hướng làm mờ ảnh chụp bức xạtrên phim Khi năng lượng của bức xạ sơ cấp tăng lên thì tỷ lệ phần trăm bức xạtán xạ Compton lớn hơn hướng về phía trước gần trùng với hướng truyền chùmbức xạ sơ cấp

1.1.1.4 Hiệu ứng tạo cặp

Sự tạo cặp là quá trình biến đổi của photon thành hai hạt cơ bản là positron

và electron Quá trình này chỉ xảy ra khi năng lượng của photon tới vượt quá hailần khối lượng nghỉ của một electron, nghĩa là h  2m0c2 = 2*0,511MeV =1,022 MeV;   0,01 A0,  = 3*1020s-1) chuyển động tới gần hạt nhân

Chú ý: Quá trình này chiếm ưu thế khi gamma tới có năng lượng cao vàchuyển động tới gần hạt nhân có nguyên tử số cao

Positron bị làm chậm dần bởi sự hấp thụ trung gian và biến mất sau đó, như vậy

cả hai photon đều biến mất do tương tác thứ cấp với vật chất

1.1.2 Phân loại nguồn [1]

1.1.2.1 Máy phát tia X

Nguồn bức xạ là nguồn phát ra các tia bức xạ Một số loại nguồn bức xạthường gặp là: nguồn gamma, nguồn notron, máy phát tia X, máy gia tốc Nhưngthực tế, trong phương pháp chụp ảnh phóng xạ thường dùng hai loại nguồn chính

là máy phát tia X và nguồn gamma

Năm 1895 Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc đang nghiên cứuhiện tượng phóng điện trong không khí Trong thời gian thí nghiệm với nhữngtia mới tìm được này Roentgen đã chụp được một số bức ảnh bóng của các vậtkhác nhau Những bức ảnh này đã đánh dấu sự ra đời của phương pháp chụp ảnhphóng xạ Khoảng một năm sau thì phương pháp chụp ảnh bức xạ được áp dụngkiểm tra các khuyết tật mối hàn

Hình 1.7 Sơ đồ ống phát tia X

Tia X là bức xạ điện từ giống ánh sáng nhưng có bước sóng nhỏ hơn hàngnghìn lần, nằm trong khoảng 10-4 đến 10 A0, được tạo ra khi điện tử chuyểnđộng mang năng lượng cao bị hãm lại đột ngột

Khi các hạt điện tử chuyển động với vận tốc lớn, đến gần hạt nhân bia,chúng chịu một lực hút và chuyển động chậm lại hoặc bị đổi hướng Quá trìnhnày kèm theo phát bức xạ tia X Đôi khi các điện tử bị hãm lại đột ngột thì toàn

bộ động năng của chúng được chuyển thành bức xạ tia X lớn nhất với bước sóngnhỏ nhất Nhưng trong thực tế thì toàn bộ phổ của bức xạ có giải bước sóng dàihơn được phát ra bởi các điện tử mà các điện tử này chỉ mất đi một phần nănglượng của chúng trong một lần tương tác với hạt nhân và chịu nhiều va chạm vớicác nguyên tử bia trước khi chúng dừng lại Như vậy, phổ bức xạ tia X là mộtdạng phổ liên tụ với một bước sóng nhỏ nhất λmin có giá trị xác định Ta có :

E = h.f Năng lượng một điện tử có điện tích e đi vào một hiệu điện thế V là e.V,

sự hấp thụ năng lượng hoàn toàn thì giải phóng tia X có năng lượngh.f= h.c/λ=e.V

vỏ bên trong của nguyên tử bia làm bứt các electron ở quỹ đạo đó ra khỏi nguyên

tử và các electron khác trong nguyên tử đó nhảy vào lấp lỗ trống và phát ra mộtlượng tử bức xạ gọi là bức xạ tia X đặc trưng

Hình 1.8 Biều đồ dạng phổ bức xạ tia X

1.1.2.2 Nguồn phát tia gamma

Đồng vị của một nguyên tố là những nguyên tử có cùng nguyên tử số Znhưng có số khối A khác nhau Có một số đồng vị là bền vững, nhưng cũng có

một số đồng vị không bền vững Những đồng vị không bền có khuynh hướng trở

về trạng thái bền bằng cách phát ra bức xạ và quá trình này được gọi là phân rãphóng xạ Một số đồng vị phóng xạ có trong tự nhiên Radium, Radon vàUranium Những đồng vị bền có thể được chế tạo thành các đồng vị phóng xạbằng cách dùng neutron trong lò phản ứng hạt nhân kích hoạt vào chúng nhưCobalt, Thulium và Iridium Những đồng vị này gọi là đồng vị phóng xạ nhântạo, được dùng phổ biến trong chụp ảnh phóng xạ

Bức xạ gamma là một loại bức xạ sóng điện từ giống như bức xạ tia Xnhưng chúng thường có bước sóng ngắn hơn và có khả năng xuyên sâu hơn bức

xạ tia X Phổ bức xạ gamma là phổ gián đoạn, ngưỡng giá trị của bước sóngtrong thực tế phụ thuộc vào sự phát xạ của hạt nhân nghĩa là nguồn phóng xạ.Các đồng vị phóng xạ có thể phát ra một hoặc nhiều bước sóng Ví dụ nhưCaesium – 137 chỉ phát ra bức xạ gamma một bước sóng, Cobalt – 60 phát rabức xạ gamma có 2 bước sóng

Hình 1.9 Giản đồ bước sóng, tần số của các loại sóng điện từ

Những chất có biểu hiện của hiện tượng phân rã phóng xạ được gọi là chấtphóng xạ Hiện nay, hệ thống đơn vị cố định cho hoạt độ phóng xạ đã được quốc

tế công nhận và được sử dụng cho tất cả những mục đích khoa học và công nghệ

ở nhiều nước đó là Bacquerel (Bq) Một Becquerel được định nghĩa là một phân

rã trong một giây Thực tế, một đơn vị cũng thường được sử dụng là Curie (Ci)

và bằng tốc độ phân rã 3.7 x 1010 phân rã trên giây (1 Ci = 3.7x1010 Bq)

Hoạt độ phóng xạ của bất kì một chất phóng xạ nào cũng phụ thuộc vào độtập trung nguyên tử phóng xạ có trong chất phóng xạ theo quy luật hàm số mũ.Quy luật này được biểu diễn theo hàm toán học: N = N0 x e-λt Trong đó, N0 là sốnguyên tử phóng xạ đầu (ở thời điểm t = 0), N là số nguyên tử phóng xạ sau mộtkhoảng thời gian t, λ là hằng số phân rã phóng xạ và là một đặc trưng của chấtphóng xạ Giá trị λ càng lớn thì phân rã càng nhanh và ngược lại

Hình 1.10 biều đồ dạng phổ các nguồn gammaChu kì bán rã được định nghĩa là thời gian cần thiết để cho số nguyên tửphóng xạ ban đầu giảm xuống còn một nửa Chu kì bán rã là một đặc trưng củamột đồng vị phóng xạ và được kí hiệu là T1/2, các đồng vị khác nhau có chu kìbán rã khác nhau Các đồng vị phóng xạ có thể có chu kì rất ngắn chỉ một phầnnhỏ của giây, nhưng cũng có các đồng vị có chu kì bán rã lên đến hàng triệunăm Trong chụp ảnh phóng xạ thường sử dụng những đồng vị phóng xạ có chu

kì bán ra khoảng vài ngày đến vài năm Khi thay N=N0/2 và t=T/2 và ở phươngtrình phân rã thì nó chuyển thành:

1/2

-λT

N /2=N *eNên ta có: T1/2 = = 0.63/λ

Cường độ của nguồn phóng xạ còn gọi là cường độ phóng xạ là số bức xạphát ra trong một đơn vị thời gian (1s) đi qua một đơn vị diện tích vuông góc vớihướng phát của chùm tia Bức xạ phát ra từ một nguồn phóng xạ cho trước được

đo theo đơn vị Roentgen trên giờ ở khoảng cách là một mét tính từ nguồn

Roentgen được định nghĩa là lượng bức xạ tia X hoặc gamma đi qua mộtcentimet khối không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (NTP) ( 1 cm3 không khí khô

có khối lượng 0.00129g) tạo ra một lượng ion tương đương với một đơn vị điệntích e.s.u mỗi dấu (electrostatic unit – một đơn vị trong hệ CGS) Roentgen cũngtương đương với một vật liệu bị chiếu xạ hấp thụ 87.7 erg/g

Hoạt độ phóng xạ riêng của nguồn thường được đo theo đơn vị là số Curietrong một gam Đây là đơn vị quan trọng trong chụp ảnh phóng xạ Một nguồnphóng xạ có hoạt độ riêng càng cao nghĩa là có thể tạo ra một nguồn có cường độcho trước theo một kích thước vật lý nhỏ, điều này đóng vai trò quan trọng vớiquan điểm về độ xác định của ảnh chụp bức xạ Với cùng một nguồn được chếtạo với kích thước nhỏ thì có độ tự hấp thụ nhỏ hơn và vì thế có suất liều chiếuhiệu dụng lớn hơn

1.2 Ăn mòn [2]

1.2.1 Khái niệm

Cụm từ “ăn mòn” được dịch ra từ chữ “ corrosion ” Nó xuất phát từ từ ngữlatin “ corrodère” có nghĩa là “gặm nhấm” hoặc “ phá hủy” Về nghĩa rộng sự ănmòn được dùng để chỉ cho sự phá hủy vật liệu trong đó bao gồm kim loại và cácvật liệu phi kim loại khi có sự tương tác hóa học hoặc vật lý giữa chúng với môitrường ăn mòn gây ra Có thể đơn cử một số hiện tượng ăn mòn sau:

- Sự chuyển hóa thép thành gỉ thép khi thép tiếp xúc với không khí ẩm

- Sự rạn nứt của đồng thau, kim loại đồng khi tiếp xúc với môi trườngamoniac

- Sự lão hóa của các vật liệu polyme do tác dụng của tia cực tím, do tácdụng của dung môi, của nhiệt độ …

Ở đây chúng ta chỉ quan tâm tới vấn đề ăn mòn kim loại, vì kim loại là vậtliệu được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghiệp, nó có một số ưuđiểm hơn hẳn các vật liệu khác:

- Độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao

- Độ bền cơ học cao, độ co giảm, độ kháng kéo cao

Trên quan điểm nhìn nhận vấn đề ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại và

gây ra thiệt hại thì :Sự ăn mòn kim loại là quá trình làm giảm chất lượng và tínhchất của kim loại do sự tương tác của chúng với môi trường xâm thực gây ra

Nếu xem hiện tượng ăn mòn kim loại xảy ra theo cơ chế điện hóa thì ăn mòn

kim loại có thể định nghĩa như sau:

Ăn mòn kim loại là một quá trình xảy ra phản ứng oxy hóa khử trên mặt giới

hạn tiếp xúc giữa môi trường chất điện ly, nó gắn liền với sự chuyển kim loạithành ion kim loại đồng thời kèm theo sự khử một thành phần của môi trường vàsinh ra dòng điện

1.2.2 Tầm quan trọng về mặt kinh tế của kiểm soát ăn mòn kim loại [2]

Vấn đề ăn mòn kimloại có liên quan hầu hết đến các ngành kinh tế Người ta

tính được rắng giá tiền chi phí cho lĩnh vực ăn mòn chiếm khoảng 4% tổng thunhập quốc dân đối với những nước có nền công nghiệp phát triển Trong đó cóphần chi phí cho các biện pháp để phòng ngừa, các biện pháp để bảo vệ chống.Việc kiểm soát ăn mòn kim loại trong các hệ thống ống công nghệ của các nhàmáy công nghiệp cho phép các nhà máy nhanh chóng có giải pháp phòng ngừanhằm hạn chế tối đa các rủi ro trong vận hành, nâng cao hiệu quả sử dụng, nângcao hiệu suất vận hành tức là nâng cao hiệu quả kinh tế

1.2.3 Các dạng ăn mòn [2]

Hiện tượng ăn mòn lim loại do môi trường gây ra rất đa dạng và phức tạp,cóthể tạm phân thành các dạng sau đây

 Ăn mòn đều

Dạng ăn mòn này rất phổ biến với những dạng sau:Tốc độ ăn mòn ở mọi chỗtrên bề mặt gần bằng nhau

 Ăn mòn cục bộ

An mòn này xảy ra ưu tiên tại một số phần bề mặt kim loại tiếp xúc với bề mặt

ăn mòn Hiện tượng ăn mòn cục bộ này cũng rất phổ biến và đa dang,có thểchia thanh các loại sau:

 Ăn mòn tiếp xúc con gọi là”Ganvanic”

Khi có hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau hoặc hợp lim có thành phầnkhác nhau tiếp xúc với môi trường chất điện li sinh ra hiện tượng ăn mòn tiếpxúc Quá trinh ăn mòn diễn ra như là sự hoạt động cúa một pin điện khép kínmạch Tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào hiệu số điện thế ăn mòn của hai kim loạitrong dung dich chất điện li và ngoài ra nó còn phụ thuộc vào một số yếu tố khácnhư điện trở của dung dich chất điện li,pH,nhiệt độ môi trường

 Sự ăn mòn do sự chênh lệch khí hậu

Ví dụ như kim loại sắt ‘Fe’đặt trong dung dịch Nacl, song có sự chênh lệchnồng độ khí O2 hòa tan tại hai vùng trên bề mặt kim loại Tại đó nồng độ oxi củakhông khí hòa tan vào nước ở vùng gần mặt nước cao hơn trong thể tích

Vậy mỗi vùng là một pin ăn mòn mà sự hòa tan kim loại gắn liền với sự khử oxi

 Ăn mòn khe

Tại những khe giữa các mặt bíchcó lớp đệm của các chỗ nối hai ống kimloại,hoặc dưới các vật đệm đã tan ốc (tán rivê) hoặc các ốc xiết có thể sinh ra ănmòn cục bộ vì trong các khe đó nồng độ oxi của không khí nghèo hơn ở phíangoài

 Ăn mòn tại vùng mớn nước

Tại những vùng mớn nước, ví dụ vùng mớn nước của chân cầu sắt cắmxuống sông vùng nước lợ,mớn nước của thành tàu biển vv…tại đó có 3 pha tiếpxúc với nhau:không khí(chứa oxi),pha rắn (thép),pha nước(dung dịch muối hoặcnước lợ)và có thể tồn tại một pin hoạt động thụ động do sự chênh lệch về độthoáng khômg khí

 Ăn mòn lỗ hay còn gọi là ăn mòn điểm(pitting corrosion)

Ăn mòn lỗ là một dạng ăn mòn cục bộ tạo ra các lỗ có kích thước nhỏ,độ sâucủa lỗ có thể lớn hơn đường kính của nó Dạng ăn mòn này xảy ra trên các kimloại,hợp kim có màng thụ động(Al,Ni,Ti,Zn,thép không gỉ)

1.2.4 Các biện pháp chống ăn mòn kim loại [2]

Các biện pháp chống ăn mòn kim loại

- Lựa chọn vật liệu kim loại phù hợp

- Xử lý môi trường để bảo vệ kim loại

- Nâng cao độ bền chống ăn mòn kim loại bằng các lớp sơn phủ

- Bảo vệ chống ăn mòn kim loại bằng phương pháp điện hoá

có sự tồn tại của khuyết tật trong vật kiểm

Đây là một trong những kỹ thuật chủ yếu của các phương pháp NDT đểkiểm tra xác định vị trí và kích thước của khuyết tật trong các chi tiết, cấu kiện.Bằng sự định hướng chính xác các khuyết tật mỏng cũng có thể phát hiện được.Ngoài ra nó còn được áp dụng đo bề dày của vật liệu, xác định sự sai lệch vị tríkhông mong muốn trong các hệ thống Về cơ bản hệ chụp ảnh phóng xạ gồm:Nguồn phát bức xạ (ví dụ như máy phát tia X, nguồn gamma), vật thể cần kiểmtra, bộ phận ghi (thường là phim cùng hệ thống xử lý) và đèn đọc phim Ngoài rachúng ta cần phải xem xét đến điều kiện chiếu chụp để đạt được chất lượng ảnhtheo yêu cầu.

Chùm tia Nguồn

Hình 1.12 :Nguyên lý kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp chụp

ảnh phóng xạ

Bức xạ có năng lượng cao hơn thì có khả năng xuyên thấu lớn hơn Khôngphải tất cả các tia bức xạ đều xuyên qua vật liệu mà một phần bị hấp thụ bởichính vật liệu đó.

Nếu có khuyết tật rỗng hay tính không liên tục của vật liệu thì cần chùm tiabức xạ nhỏ hơn chùm tia xuyên qua vùng vật liệu đồng nhất Nếu ghi nhận hiệntượng này bằng phim tia X cho ta một ảnh chỉ ra có hay không sự hiện diện củakhuyết tật Ảnh này có bóng tối tạo bởi tia X hay gamma khác nhau giữa chỗ có

và không có khuyết tật Như vậy, độ nhạy của ảnh chụp phóng xạ dựa vàonguyên lý che “tối, sáng” của bức xạ trên phim sau khi đi qua vật liệu Sự khácnhau của các vùng tối sáng được dịch ra các thông tin liên quan đến cấu trúc bêntrong của vật liệu

1.3.1.3 Phim trong chụp ảnh phóng xạ truyền thống

a) Cấu tạo phim

Hình 1.13 cấu tạo phim chụp ảnh bức xạ

Cấu tạo phim chụp bức xạ: 1 – Lớp nền (175¸200 μm)m) ; 2 – Lớp nhũ tương(10¸15 mm) ; 3 – Lớp bảo vệ (1mm) ; 4 – Lớp dính kết

Phim chụp ảnh bức xạ gồm có :