Kiểm tra Chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Kiểm tra Chụp ảnh phóng xạ công nghiệp THIẾT BỊ NGUỒN BỨC XẠ Equipment Vật tư thiết bị RT Material KỸ THUẬT CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ XỬ LÝ PHIM Film Process GIẢI ĐOÁN Ảnh chụp phóng xạ Intetpretion

Kiểm tra Chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

• Phát hiện, ghi đo bức xạ

• An toàn bức xạ

Nguồn bức xạ

10fe16

Đối tượng kiểm tra Phương tiện ghi

Nguyên Lý

Không thấu chân Undercut tại bề mặt

Nứt dọc mối hàn

Nguyên Lý

Nguyên Lý

LỊCH SỬ

• Năm 1895, Wilhelm Roentgen phát hiện tia X

• Năm 1896 tia X được ứng dụng kiểm tra mối hàn.

• Năm 1896, Henri Becquerel

phát hiện tia Gamma từ muối

uranium

• Năm 1898, Vợ chồng Pierre

và Marie Curie phám phá chất phóng xạ Polonium và

Radium

• Năm 1913 Collidge thiết kế ống phát tia X, 100 kV.

• Năm 1922, chế tạo được

máy tia X 200 kV

• Năm 1930 Hải quân Mỹ cho phép dung kiểm tra mối hàn bao hơi.

• Năm 1931, GE chế tạo máy phát tia X 1MV

• Năm 1931, ASME chấp

nhận cho sử dụng tia X kiểm tra mối hàn nóng

chảy bình áp lực

ĐẶC ĐiỂM

• Áp dụng cho nhiều loại vật liệu

• Kiểm tra các sai hỏng bên trong

• Kết quả lưu giữ dài lâu

• Thiết bị kiểm tra chất lượng ảnh chụp sẵn có

• Giải đoán ảnh chụp trong điều kiện tiện nghi

ĐẶC ĐIỂM

• Tia bức xạ có hại với cơ thể người

• Khó phát hiện các bất liên tục dạng mặt (nứt,

không ngấu…)

• Yêu cầu tiếp cận hai phía

• Bị hạn chế bởi kích thước và cấu hình đối tượng kiểm tra

• Độ nhạy giảm theo chiều dày tăng

• Đắt tiền

• Khó tự động hóa

• Yêu cầu kỹ năng và kinh nghiệm giải đoán ảnh

HIỆN TƯỢNG ION HÓA-tạo ion dương

8 + protons

7 - electrons Nguyên tử mang điện 1 + , gọi là inon dương

Nguyên tử Oxy

8 + protons

8 - electrons Trung hòa điện

Protons & Neutrons

HIỆN TƯỢNG ION HÓA- tạo ion âm

Electron bị bật ra

8 + protons

9 - electrons Nguyên tử mang điện âm1 -

Ion oxy âm

8+

Nguyên tử Oxy

8 + protons

8 - electrons Trung hòa điện

Protons & Neutrons

TẠO TIA X: Bức xạ đặc trưng: phổ gián đoạn

• Bức xạ tia X đặc trưng được phát ra hoàn toàn theo một cách khác Đôi khi có thể có một sự va chạm trực tiếp của hạt mang điện với một trong những điện tử ở lớp vỏ bên trong của một nguyên tử bia và nếu năng lượng của các điện tử đủ lớn thì chúng có thể bứt các điện tử quỹ đạo ra khỏi nguyên tử Nguyên tử sau đó trở nên không bền vững và các điện tử khác trong

cùng một nguyên tử ở mức cao sẽ nhảy vào lấp lỗ

trống và giải phóng năng lượng chênh lệch, hay phát

ra một lượng tử bức xạ

Tạo tia gamma - CẤU TRÚC HẠT NHÂN

ELECTRONS: điện âm

-NEUTRONS: không điện

PROTONS: điện dương +

HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

• Các nguyên tử có cùng số proton, đồng vị

• Đồng vị bền và không bền

• Đồng vị không bền trở về trạng thái bền bằng cách phát ra bức xạ

trình phát bức xạ thường được gọi là quá trình phân rã (sự phân rã phóng xạ) và hiện tượng phân rã này của những nguyên tử của các đồng vị (có trong tự nhiên hay được

tạo ra bằng những phương pháp nhân tạo) của những

nguyên tố được gọi là hiện tượng phóng xạ.

Vi sóng

hồng ngoại Tia cực tím

Chụp ảnh phóng

xạ công nghiệp

Tính chất tia X

• Không thể cảm nhận được bằng các giác quan của con người.

• Làm các chất phát huỳnh quang Ví dụ, kẽm sulfide, canxi

tungstate, kim cương, barium platinocyanide,

• Truyền với một vận tốc ánh sáng, 3  10 10 cm/s.

• Gây hại cho tế bào sống.

• Tạo ion hoá: tách các electron ra khỏi các nguyên tử, tạo

ra các ion dương và ion âm.

• Truyền theo một đường thẳng, cũng có thể bị phản xạ,

khúc xạ và nhiễu xạ.

• Tuân theo định luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách: cường độ bức xạ tia X hoặc tia gamma tại một điểm bất kỳ nào đó tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn đến điểm đó.

Qui luật tỷ lệ nghịch bình phương khoảng cách

Qui luật bình phương khoảng cách

• Trong thực tế chụp ảnh bức xa, qui luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách có một tầm quan trọng đặc biệt:

 Phim phải tiếp nhận được một lượng bức xạ (liều chiếu) nhất định để có một hiệu ứng đủ để cảm nhận được (độ đen) Nếu khoảng cách từ nguồn đến phim thay đổi thì liều chiếu cũng bị thay đổi theo định luật

tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

 Nếu muốn tiếp nhận liều chiếu không đổi, phải

điều chỉnh thời gian chiếu chụp

Qui luật bình phương khoảng cách

• Qui luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách cũng có ý nghĩa đặc biệt trong các tính

toán và thiết kế về an toàn và bảo vệ chống

bức xạ

• Suất liều chiếu giảm theo qui luật bình phương khoảng cách, do vậy, việc tăng khoảng cách xa nguồn là một biện pháp đơn giản và hiệu quả trong an toàn bức xạ.

Tính chất tia X

• Có thể xuyên qua những vật liệu mà ánh sáng không qua được Độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ, mật độ, bề dày của vật liệu Một chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma đơn năng tuân theo định luật hấp thụ,

I = I0e (- x)

Trong đó:

I 0 = Cường độ của bức xạ tia X hoặc tia gamma tới.

I = Cường độ của bức xạ tia X hoặc tia gamma truyền qua vật liệu có bề dày

là x và có hệ số hấp thụ là .

• Chúng tác động lên lớp nhũ tương phim ảnh và làm đen phim ảnh.

• Trong khi truyền qua vật liệu chúng bị hấp thụ hoặc bị tán xạ.

Qui luật phân rã phóng xạ

• Cường độ bức xạ phát ra của một chất phóng xạ phụ thuộc vào số hạt nhân phóng xạ có trong đó

• Số hạt nhân phóng xạ và cường độ giảm theo thời gian: hiện tượng phân rã phóng xạ.

nguyên tử phóng xạ ban đầu, cường độ phóng xạ giảm xuống còn một nửa

Sự suy giảm của tia bức xạ

• Khi xuyên qua lớp vật chất, cường độ bức xạ bị suy giảm đi do tương tác với vật chất:

Sự suy giảm của tia bức xạ

Chùm tia

bức xạ tới,

Io

Chùm tia bức xạ truyền qua, I

X

I = I0  e-.X

- Chiều dày một nửa T 1/2

- Chiều dày một phần mười

- Hệ số suy giảm tuyến tính

- hệ số suy giảm khối lượng

Hấp thụ quang điện

• tia X hoặc gamma truyền toàn bộ năng lượng của

chúng cho một electron nằm ở lớp vỏ trong cùng của một nguyên tử để bứt electron này ra khỏi nguyên tử

Bức xạ tới

Điện tử bị bứt ra

Hấp thụ quang điện

• Hiệu ứng này xảy ra chủ yếu đối với bức xạ tia X

hoặc gamma có năng lượng (E) thấp và các nguyên tố

có nguyên tử số (Z) cao Xác suất xảy ra sự hấp thụ quang điện biến thiên gần đúng với tỷ lệ 1/E3.5 và Z5

• Do vậy, trong thực tế chì (Z = 82) và Uranium (Z = 92) dùng để che chắn chống bức xạ tia X hoặc tia

gamma rất hiệu quả, và các màn tăng quang cũng

thường được làm bằng vật liệu chì

Tán xạ Compton

• Tia X hoặc gamma có thể truyền một phần năng lượng của nó cho một điện tử và bứt nó ra khỏi nguyên tử còn bản thân tia X hoặc gamma thì bị đổi (tán xạ) theo một hướng nào đó cùng với sự suy giảm năng lượng

Bức xạ tới

Bức xạ tán xạ

Điện tử Compton

Tán xạ Compton

• Khả năng xảy ra tán xạ Compton tăng tỷ lệ với nguyên tử số của vật liệu bị tương tác và giảm xuống chậm khi năng lượng của bức xạ tia X hoặc gamma tăng

• Đối với dải năng lượng bức xạ được dùng trong RT có độ lớn trung bình , thì hiệu ứng Compton là đóng vai trò chủ yếu nhất trong sự suy giảm của bức xạ

• Thực tế , bức xạ sơ cấp tạo ra ảnh chụp bức xạ trên phim còn bức xạ tán xạ Compton có xu hướng làm nhòe ảnh chụp bức xạ trên phim Kỹ thuật viên RT cần phải luôn cân nhắc để giảm thiểu ảnh hưởng hiệu ứng này

Nếu bức xạ tia X hoặc gamma bị tán xạ có năng lượng không

thay đổi thì quá trình này được gọi là quá trình tán xạ đàn hồi hay còn gọi là tán xạ Rayleigh.

Tạo cặp

• Khi bức xạ tia X hoặc gamma có năng lượng đủ lớn

( 1.02MeV) thì quá trình tương tác chính của bức xạ

lên vật chất là tạo cặp, năng lượng bức xạ chuyển

thành một cặp điện tích, electron (điện tích âm) và

positron (điện tích dương)

-Sự suy giảm của tia bức xạ

trong cấu trúc của một mẫu

vật nghĩa là có sự thay đổi

PHÁT HIỆN VÀ GHI ĐO BỨC XẠ

• Dựa trên tác dụng của bức xạ: ion hóa, kích thích, phát quang,…

• Các thiết bị ghi: buồng ion hóa, phim ảnh,…

Thể tích

chứa khí Bức xạ gamma

Ion dương

Thành buồng Dòng điện mạch ngoài

R

C

Liều chiếu bức xạ

• Liều chiếu bức xạ là thuật ngữ được dùng để mô tả tổng lượng bức xạ nhận được bởi một khối chất nào

đó ở tại một vị trí nào đó

• Liều chiếu hay suất liều chiếu có thể được định

nghĩa theo dạng toán học đó là E = I.t Trong đó E là liều chiếu, I là cường độ bức xạ và t là thời gian mà đối với một khối chất nào đó đã bị chiếu xạ Liều chiếu được đo bằng Roentgen

ĐƠN VỊ ĐO

R, Rad, Gy, Rem, Sv…

• Khái niệm liều chiếu thường được sử dụng để định lượng bức xạ ion hóa dựa trên khả năng ion hóa chất khí của chúng.

• Đơn vị liều chiếu là C/kg.

• Đơn vị cũ: Rontgen, R, 1R = 2,58x10-14C/kg

• Suất liều chiếu : R/h

1 Roentgen

• Còn được định nghĩa là lượng bức xạ tia X

hoặc tia gamma đi qua một centimet khối

không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (NTP)

(1cm3 không khí khô có khối lượng 0.00129g) tạo ra một lượng ion tương đương với một

đơn vị điện tích e.s.u mỗi dấu

• 1 Roentgen cũng tương đương với một vật liệu

bị chiếu xạ hấp thụ một năng lượng 87.7 erg/g.

Cường độ bức xạ và hoạt độ riêng

• Cường độ bức xạ thông thường được định

nghĩa là số tia bức xạ đi đến một đơn vị diện tích vuông góc với hướng truyền của chùm tia trong một đơn vị thời gian (giây, phút,

giờ…)

• Trong thực tế, đại lượng cường độ bức xạ

được đo theo đơn vị RHM: số Roentgen tạo

ra trong một giờ, tại khoảng cách 1 mét, từ một nguồn có hoạt độ 1Ci

ĐƠN VỊ ĐO

• Liều hấp thụ: năng lượng hấp thụ trong một đơn vị khối lượng

• Đơn vi: Gray, 1Gy= 1 Joule/kg

• Rad (cũ), 1Gy=100 Rad

AN TOÀN BỨC XẠ

• Bức xạ làm tổn hại tế bào, cơ thể sống

• Xảy ra theo nhiều hiệu ứng: sớm-muộn, tất

định-ngẫu nhiên, cá thể-di truyền

• Phụ thuộc: liều lượng, loại bức xạ, tốc độ, tuổi, giới tính, bộ phận, …

Côc KS&ATBxH N

Së KHCN

THIẾT BỊ NGUỒN BỨC XẠ Máy phát tia X

 Nguyên lý cấu tạo

 Các bộ phận chính

 Các thông số điều khiển

 Các loại máy phổ biến

 Bảo dưỡng máy tia X

Máy phát tia Gamma

MÁY PHÁT TIA X- NGUYÊN LÝ CẤU TẠO

• Ba yêu cầu tạo tia X:

Nguồn điện tử: cathode

• Sợi dây đốt (filament):

• Năng lượng điện tử,

tia X do cao áp này

xác định

70 0

Điện tử

Kích thước hiệu dụng

Ống tia (X ray Tube)

THỦY TINH, GỐM

• Chứa các điện cực, sợi đốt, bia

• Chịu áp lực cao: trạng thái chân không chống ô xy hóa, bắn phá ion…

( áp suất trong 10-6 mm Hg )

• Nhiệt độ rất cao

Đầu phát (tube head)

• Chứa ống tia X, biến thế sợi đốt, tạo cao

áp, cách điện (dầu,

khí SF6,…), vật liệu che chắn (chì,

tungsten,…)

• Cửa sổ: vật liệu nhẹ (berilium), kết hợp vật liệu che chắn, tạo góc

mở chùm tia khoảng xác định (400)

Bàn điều khiển

Các thông số điều khiển

 Thời gian chiếu chụp

• Thời gian phát tia:

- Liều lượng, thời gian chiếu chụp

GiẢN ĐỒ CHIẾU CHỤP

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0.5

250 220

200 180

150 120

HỆ THỐNG MÁY CHỤP ĐỒNG VỊ

• Đồng vị nhân tạo:

 Kích hoạt neutron: Cobalt 60, Iridium 192, Selenium 75, Ytterbium 169, Thulium 170

 Phân hạch hạt nhân: Ceasium 137

• Các đặc trưng: năng lượng, thời gian bán rã, cường độ bức xạ riêng (RHM), ứng dụng…

Đồng vị phóng xạ Co – 60 Ir – 192 Cs – 137 Th – 170 Yb – 169

kỳ bán rã 5.3 năm 74 ngày 30 năm 127 ngày 30 ngày

Dạng hoá học Kim loại Kim loại Cs - Ce Kim loại hoặc

Tiết diện kích hoạt (barn) 36 370 - 130 5500

Hoạt độ riêng cơ bản (Ci/g) 1100 10000 25 6300 Phụ thuộc vào quá trình

làm giàu đồng vị Yb - 168

Hoạt độ riêng thực tế (Ci/g) 300 450 25 1500 2.5 – 3.5Ci trong kích

thước 1  1mm

RHM/Ci 1.33 0.5 0.37 0.0025 0.125

Dải bề dày thép kiểm tra tối ưu (mm) 50 – 150 10 – 70 20 – 100 2.5 – 12 3 – 12

Hoạt độ của nguồn chụp ảnh bức xạ trong thực tế

(Ci) 100 50 75 50 2.5 – 3.5

Đường kính gần đúng nguồn phóng xạ (mm) 3 3 6 3 1

Khối lượng che chắn (Kg) 100 20 50 1

-Lớp bề dày hấp thụ một nửa của chì (mm) 13 2.8 8.4 - 0.88

Các bộ phận chính

Nguồn (source): kích thước nhỏ, mm Đầu bọc nguồn(capspule)

GIẢN ĐỒ CHỤP

So sánh kỹ thuật tia X và Gamma

• Không điều chỉnh được năng lượng với nguồn đồng

vị cho trước: thay đổi loại đồng vị

• Độ tương phản kém hơn với tia gamma, đặc biệt khi chiều dày nhỏ hơn 25 mm: bù trừ bằng phim có độ tương phản cao

So sánh kỹ thuật tia X và Gamma

• Yêu cầu nguồn điện với máy tia X: máy phát

di động

So sánh kỹ thuật tia X và Gamma

• Tính cơ động và khả năng tiếp cận của các máy tia X kém hơn so với hệ chụp gamma: thiết kế các hệ gá lắp, nâng hạ,

Kiểm tra bảo dưỡng

• Các hư hỏng, trục trặc có thể xảy ra bất kỳ lúc nào trong quá trình hoạt động của cả thiết bị tia X và Gamma

• Máy tia X: mất chân không, giảm hiệu suất làm nguội, phát

xạ, thay đổi kích thước lỗ hội tụ… yêu cầu kiểm tra mức áp suất khí, lỏng, tình trạng cầu chì, cáp nối, khởi động sấy máy theo qui trình nhà chế tạo,…

Kiểm tra bảo dưỡng

• Hệ thống chụp đồng vị: quy trình kiểm tra và bảo dưỡng

được giới hạn chủ yếu vào các hệ thống điều khiển từ xa và các khoá, chốt,khớp nối… Các dây cáp, ống dẫn nguồn, bề

mặt tiếp xúc… cần phải thường xuyên làm sạch và bổ sung

thêm dầu mỡ vào nơi cần thiết (một số thiết bị cấm cho dầu

mỡ vào bộ phận tay quay) Thường được kiến nghị nên dùng graphite (hoặc MoS2) thay dầu mỡ vì chúng có xu hướng bị keo hoá dưới tác động của bức xạ Dây cáp hoặc ống dẫn

nguồn bị bẻ cong quá mức có thể làm tắc đường di chuyển của nguồn.

• Việc kiểm tra độ mài mòn của khớp nối giữa cáp điều khiển và dây nguồn bằng thiết bị chuyên dùng, ví dụ GO-NO GO, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cho việc phòng ngừa sự cố, rủi ro.

Phim chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Phim chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Lớp nền

Phim chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Lớp nền

Lớp dán

Lớp dán

Phim chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Phim chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Lớp nền

Lớp dán

Lớp dán

Lớp nhũ tương AgBr Lớp nhũ tương AgBr

Lớp phủ Lớp phủ

Hiệu ứng tạo ảnh

• Khi bức xạ tương tác với lớp nhũ tương, một

sự biến đổi vật lý ở cấp độ vi mô xảy ra tại nơi tương tác và lân cận, mắt người không cảm

nhận được: hiệu ứng tạo ảnh ẩn

Độ đen

• Mật độ quang học của ảnh chụp bức xạ: mức

độ làm đen một ảnh chụp bức xạ sau khi xử lý phim Ảnh chụp bức xạ càng đen, độ đen của ảnh chụp bức xạ càng lớn.

Độ đen = D = log10(Io/It)

• Io = cường độ ánh sáng tới phim.

• It = cường độ ánh sáng truyền qua phim.

• Độ mờ phim biến đổi theo loại và tuổi của phim, điều kiện xử lý.

• Các giá trị độ mờ cho phép từ 0.2 đến 0.3

thường dùng để kiểm tra chất lượng phim và

điều kiện xử lý, ánh sáng an toàn, hóa chất,…

• Phụ thuộc vào kích thước hạt tinh thể

(thuận), năng lượng bức xạ (nghịch)

• Để thuận tiện, sử dụng tốc độ tương đối:

hệ số phim

Hệ số phim

• Tỷ số giữa liều chiếu cần thiết để tạo ra cùng một độ đen.

• Khác biệt với các loại phim, độ đen

• Khác biệt với điều kiện xử lý phim

• Thay đổi theo năng lượng bức xạ

Kích thước hạt Tốc độ Chất lượng Hệ số phim

ĐỘ TƯƠNG PHẢN PHIM

• Còn gọi là gradient của phim: một trong

những yếu tố xác định độ tương phản ảnh chụp bức xạ tại một độ đen nào đó

• Độ tương phản của ảnh chụp bức xạ là sự khác biệt về độ đen giữa hai vùng kế cận nhau trên một ảnh chụp bức xạ

• Bản chất: sự khác biệt đáp ứng quang ảnh của phim với các liều chiếu khác nhau.

Độ tương phản ảnh chụp

Tương phản thấp

Tương phản thấp

Tương phản cao

Độ nét (definition)

• Độ hạt (graininess): Kích thước và phân bố các hạt tinh thể AgBr trong lớp nhũ tương

- Loại phim: nhanh, chậm / thô, mịn

- Điều kiện xử lý phim: thời gian, nhiệt độ, hóa chất

- Năng lượng bức xạ

- Loại màn tăng cường

• Độ nhòe nội tại (inherent unsharpness): hiệu ứng điện tử thứ cấp, năng lượng bức xạ

ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG CỦA PHIM

• Còn gọi là đường độ nhạy hoặc đường H&D (sau khi Hurter và Drifield sử dụng lần đầu tiên vào năm 1890), mô tả mối quan hệ giữa liều chiếu lên phim và độ đen của ảnh chụp bức xạ đạt được sau khi xử lý