giáo trình các phương pháp đo và kiểm tra không phá hủy NDT

Kiểm tra không phá hủy bao gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng củ

Đồ án môn học II Tổng quan về các phương pháp NDT

Mở đầuKiểm tra không phá huỷ (Non Destructive Testing- NDT) là một công nghệ thiết yếu và không thể thiếu của các ngành công nghiệp Kiểm tra không phá hủy bao gồm các phương pháp dùng để phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu, kết cấu, chi tiết hoặc để xác định các đặc trưng của đối tượng mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của đối tượng kiểm tra Kiểm tra không phá hủy được sử dụng để kiểm tra vật liệu đầu vào, các bán sản phẩm, sản phẩm đầu cuối, kiểm tra và phân loại các sản phẩm gia công chế tạo và kiểm tra, đánh giá định kỳ các kết cấu, hệ thống, tiểu hệ thống trong quá trình sử dụng Kiểm tra không phá hủy còn được sử dụng để tối ưu hoá các quá trình và quy trình công nghệ trong chế tạo, gia công Nhờ sớm phát hiện và loại bỏ các vật liệu, sản phẩm, bán sản phẩm không đạt yêu cầu, tối ưu hóa được quá trình sản xuất nên giảm được chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất và kinh doanh của các doanh nghiệp Đồng thời, nhờ sớm phát hiện các khuyết tật trong các kết cấu, hệ thống và tiểu hệ thống giúp sớm đưa ra được các phương án khắc phục và sửa chữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra.

Hiện nay, do yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn của các công trình dầu khí, nhà máy hoá lọc dầu, nhà máy điện, nhà máy điện nguyên tử đòi hỏi phải có các công nghệ kiểm tra có độ tin cậy cao, năng suất cao, thân thiện với môi trường và người

sử dụng Đồng thời, phương pháp chụp ảnh phóng xạ vừa độc hại, vừa làm ảnh hưởng đến tiến độ thực hiện dự án và ảnh hưởng không tốt đến môi trường do phải

sử dụng các hoá chất xử lý phim và nguồn phóng xạ Nên xu hướng đầu tư hiện nay, người ta thường tập trung sử dụng các phương pháp NDT công nghệ cao.

Từ kiểm tra không phá hủy tự nó đã giải nghĩa chính xác theo đúng nghĩa đen

là kiểm tra một vật mà không phá hủy nó Nói cách khác, kiểm tra không phá hủy

là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của chúng Kiểm tra không phá hủy dùng để phát hiện các khuyết tật như là nứt, rỗ,

xỉ, tách lớp, hàn không ngấu, không thấu trong các mối hàn kiểm tra độ cứng của vật liệu, kiểm tra độ ẩm của bê tông (trong cọc khoan nhồi), đo bề dày vật liệu trong trường hợp không tiếp xúc được hai mặt (thường ứng dụng trong tàu thủy), đo cốt thép (trong các công trình xây dựng) v.v

Có rất nhiều phương pháp NDT khác nhau như: kiểm tra siêu âm, chụp ảnh phóng xạ, kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu, kiểm tra bằng bột từ mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, không phương pháp nào có thể thay thế được phương pháp nào Ứng với mỗi trường hợp cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp kiểm tra phù hợp.

1.1 Cơ sở lý thuyết

Nguyên lý thấm:

Nhờ vào hiện tượng mao dẫn và khả năng thấm của chất lỏng mà chất thẩm thấu "thấm" được vào các khuyết tật Mao dẫn là hiện tượng khi cho một ống nhỏ vào dung dịch thì độ cao cột nước trong ống bị nâng lên hay hạ xuống là do tác động của lực liên kết là lực giữa các phân tử cùng loại và lực bám dính là lực giữa các phân tử khác loại Sức căng bề mặt là một ví dụ về lực dính kết, lực dính kết có khả năng liên kết có khuynh hướng dính các phần tử lại với nhau Tác động làm ướt là một ví dụ về lực bám dính, ở đó các phần tử có xu hướng dính vào các vật lạ Chính lực bám dính này làm cho dung dịch có xu hướng bị loang ra xung quanh.

Nguyên lý hiện:

Chất hiện chứa các phần tử bột trắng cực mịn có khả năng thấm hút cao Nó hoạt động như một miếng thấm hút chất thẩm thẩm thấu lên trên bề mặt hình thành những chỉ thị màu mà mắt thường có thể nhìn thấy được dưới ánh sáng bình thường hoặc tia UV.

Phân loại:

Quá trình xử lý chất thấm lỏng được phân loại theo phương pháp làm sạch Kết hợp 2 loại chất thấm và 3 phương pháp làm sạch ta có tất 6 phương pháp thực hiện theo quá trình kiểm tra thẩm thấu lỏng:

Chất thấm huỳnh quang tiền nhũ tương hoá

Chất thấm huỳnh quang rửa bằng dung môi hoà tan

Chất thấm huỳnh quang rửa được bằng nước

Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được tiền nhũ quang

Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng dung môi hoà tan

Chất thấm nhuộm màu nhìn thấy được rửa bằng nước

1.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Rất nhạy với các khuyết tật nằm trên bề mặt.

Thiết bị và chất phủ tương đối rẻ

Quá trình thực hiện tương đối đơn giản.

Không phụ thuộc vào hình dạng vật kiểm tra.

Nhược điểm:

Các khuyết tật phải thông ra bề mặt.

Vật liệu kiểm tra phải không xốp.

Phương pháp này kết quả không giữ được lâu.

Quá trình kiểm tra bằng chất thẩm thấu khá bẩn.

Không hữu dụng khi kiểm tra các bề mặt nóng, bẩn, thô nhám.

Yêu cầu người kiểm tra phải có một ít kinh nghiệm.

1.3 Ứng dụng

Đây là phương pháp cơ bản được dùng để kiểm tra các bất liên tục trên bề mặt

Hình 1.1: Hình ảnh khuyết tật khi quan sát dưới tia UV

Hình 1.2: Sử dụng kiểm tra thẩm thấu trong công nghiệp

2 Phương pháp bột từ

2.1 Cơ sở lý thuyết

Kiểm tra bột từ là phương pháp kiểm tra không phá hủy có khả năng phát hiện

và định vị các khuyết tật bề mặt và gần bề mặt trong các vật liệu sắt từ Phương pháp do H.E.HOKE (Mỹ) phát minh vào năm 1920 Nguyên lý của phương pháp dựa trên sự biến dạng của từ trường trong vật nhiễm từ do sự có mặt của khuyết tật Sự biến dạng này gây ra một số đường sức từ thoát ra ngoài, đi trong không khí

và sau đó quay về vật Hiện tượng này gọi là sự rò trường từ thông Trường rò có khả năng hút các hạt sắt từ nhỏ và tạo nên các chỉ thị hoặc hình ảnh của khuyết tật Một trong những ứng dụng chính của phương pháp này là phát hiện các gián đoạn càng sớm càng tốt trong các công đoạn chế tạo và sử dụng, để tránh các chi phí vào vật liệu mà sau đó bị loại bỏ Trong thực tế, tất cả các quá trình chế tạo, từ quá trình đúc đến quá trình chế tạo cuối cùng đều có thể gây nên các khuyết tật Kiểm tra bột từ có thể kiểm tra nhiều loại khuyết tật, tránh được nguy cơ đưa các sản phẩm kém chất lượng vào sử dụng.

Mức độ biến dạng hay độ lớn của trường rò phụ thuộc vào một số thông số như mật độ từ thông, độ sâu của khuyết tật, chiều rộng của không khí giữa các cực và sự định hướng của các khuyết tật Trường rò là mạnh nhất khi các khuyết tật có trục vuông góc với đường sức từ Trường rò sẽ giảm dần và bị triệt tiêu hoàn toàn khi khuyết tật nằm song song với các đường sức từ.

Hình 1.3: Từ trường dò trong vật kiểm tra

Hình 1.4: Sự tạo thành chỉ thị từ trên bề mặt vật kiểm tra

Khi các hạt từ được phun nhẹ vào trong từ trường, chúng sẽ bị hút vào các cực Càng gần đến các cực thì càng có nhiều đường sức từ chạy qua Các đường sức từ tập trung vào các vật sắt từ do chúng có từ kháng nhỏ hơn từ kháng của không khí Chính sự ưu tiên này khiến các hạt từ được tập trung mạnh vào các vùng từ rò và sau đó tạo nên các chỉ thị từ nhìn thấy bằng mắt thường dưới điều kiện chiếu ánh sáng thích hợp.

Muốn cho vật nhiễm từ thì cần phải từ hóa vật Có hai phương pháp từ hóa cơ bản là từ hóa bằng dòng điện và từ hóa dọc.

Từ hóa bằng dòng điện :

Từ hóa bằng dòng điện là phương pháp dùng dòng điện tạo nên các từ trường xung quanh và trong các vật liệu dẫn điện Ta có thể thay đổi các hướng của từ trường cảm ứng bằng cách điều khiển hướng của dòng điện từ hóa.Trong phương

pháp kiểm tra bột từ, ta phải chọn hướng và cường độ của dòng điện sao cho các đường từ thông tạo thành có hướng và mật độ thích hợp trên bề mặt cần khảo sát.

Vì độ nhạy của phép kiểm tra cao nhất khi từ trường vuông góc với trục chính của khuyết tật, nên phương pháp từ hóa phải chọn sao cho các đường từ thông tạo thành có hướng vuông góc với trục chính của khuyết tật cần phát hiện Khi cần kiểm tra các khuyết tật có hướng khác nhau, ta cần phải từ hóa vật nhiều lần để tạo

ra các đường sức từ có hướng khác nhau Tuy nhiên, đối với phần lớn công việc, ta chỉ cần từ hóa hai lần là đủ Trong lần từ hóa thứ hai ta sử dụng trường từ hóa vuông góc với trường lần đầu Đối với phép kiểm tra cần độ nhạy cao hơn, có thể ta phải từ hóa nhiều lần hơn Có ba cách từ hóa bằng dòng điện là từ hóa trực tiếp từ hóa gián tiếp và từ hóa nhờ thanh ấn (prod).

Từ hóa trực tiếp:

Khi cho dòng điện dùng để từ hóa chạy trực tiếp qua vật kiểm tra, ta gọi đó là

từ hóa trực tiếp Từ hóa vòng các vật dẫn đặc thường áp dụng phương pháp này Việc xác định độ lớn của dòng thích hợp cho phép kiểm tra là vì :

+ Dòng cao quá có thể làm nóng chảy vật kiểm tra hoặc làm cho bột từ tích tụ quá dày đặc tạo nên nền phông quá cao.

+ Dòng yếu quá có thể sẽ không tạo nên được những trường dò đủ mạnh để có thể hút các sắt từ.

Hình 1.5: Từ hóa trực tiếp bằng cách cho dòng điện chạy trực tiếp qua vật

Đối với đối tượng kiểm tra là đường ống hoặc vật rỗng, mặt trong của vật cũng

có vai trò quan trọng như mặt ngoài Đối với các đối tượng như vậy, nếu từ hóa trực tiếp, ta sẽ không có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm phía trong của đối tượng

do hiệu ứng vỏ của dòng điện, vì vậy ta phải từ hóa gián tiếp.

Từ hóa gián tiếp:

Ta có thể từ hóa vật rỗng hoặc đường ống bằng cách luồn một thanh dẫn điện vào trong đường ống và cho dòng điện chạy qua thanh Phương pháp này gọi là phương pháp từ hóa gián tiếp.

Hình 1.6: Từ hóa gián tiếp sử dụng cuộn dây mang điện

Từ hóa dùng thanh ấn (prod):

Thông thường ta rất khó từ hóa toàn bộ vật kiểm tra chỉ bằng một lần từ hóa Đối với các vật lớn, ta thường từ hóa từng vùng của vật bằng cách cho dòng điện chạy qua các vùng và tiết diện nhờ một công cụ gọi là Prod.

Hình 1.7: Từ hóa vật kiểm tra dùng thanh ấn (Prod)

Bằng cách này ta tạo được từ trường vòng ở giữa điểm tiếp xúc Các que ấn thường được làm bằng đồng được ấn chặt trên bề mặt vật cần kiểm tra, giữ chặt trong quá trình dòng điện chạy qua Các đầu Prod ( thường được bọc nhôm để giảm khả năng đánh lửa) và vùng tiếp xúc cần phải giữ đủ sạch đảm bảo cho dòng lớn chạy qua mà không gây đánh lửa hay nóng chảy.

Từ hóa dọc:

Có hai cách từ hóa dọc vật kiểm tra là từ hóa bằng cuộn cảm và từ hóa bằng nam châm chữ U (YOKE).

Từ hóa bằng cuộn cảm:

Nếu đặt một vật sắt vào bên trong cuộn cảm, phẩn lớn các đường sức từ sẽ tập trung vào vật và gây nên sự từ hóa dọc đối với vật.

Hình 1.8: Từ hóa dọc vật sắt từ bằng cuộn cảm

Trong thực tế có hai cách từ hóa dọc hay vùng là :

+ Cho vật từ từ chạy qua cuộn cảm, để phát hiện khuyết tật dọc trong vật dẫn + Nếu vật quá lớn có thể dùng một vài vòng cáp cuốn quanh vật

Từ hóa bằng nam châm chữ U (YOKE)

Từ trường tạo ra bởi nam châm điện có hình chữ U khi cho dòng điện chạy qua

và từ hóa vùng kiểm tra của vật

Hình 1.9: Từ hóa dòng điện bằng nam châm chữ U

2.2 Ưu nhược điểm

 Ưu điểm

 Kiểm tra được những vật có diện tích lớn.

 Phát hiện được khuyết tật trên bề mặt hoặc dưới bề mặt cỡ 1mm.

 Không cần làm sạch bề mặt kỹ như phương pháp thẩm thấu.

 Chỉ có các hạt từ được tạo nên trên bề mặt tạo nên hình chỉ thị khuyết tật.

 Chi phí thấp.

 Nhược điểm

 Chỉ kiểm tra được vật liệu sắt từ.

 Sử dụng dòng điện lớn cho các vật cần kiểm tra có kích thước lớn.

 Ảnh hưởng của lớp sơn, phủ của vật ảnh hưởng đến độ nhạy của phương pháp.

Hình 1.11: Kiểm tra đường ống

Hình 1.12 : Kiểm tra bồn bể

3 Phương pháp siêu âm

3.1 Cơ sở lý thuyết

Kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm là phương pháp đa năng có thể áp dụng cho các ứng dụng về phân tích vật liệu khác nhau Phân tích vật liệu bằng siêu âm dựa trên nguyên lý cơ bản của vật lý: sự chuyển động của bất cứ sóng nào sẽ bị ảnh hưởng bởi môi trường mà nó truyền qua Do vậy, sự thay đổi một trong bốn thông

số có thể dễ dàng đo được liên quan đến sự truyền qua vật liệu của sóng âm tần số cao: thời gian truyền, độ suy giảm, sự tán xạ, và tần số thường liên quan đến sự thay đổi các tính chất vật lý như độ cứng, mô đun đàn hồi, mật độ, độ đồng nhất, và cấu trúc hạt.

Nguyên lý NDT bằng siêu âm sử dụng dải tần số từ 20 KHz đến hơn 100 MHz, chủ yếu được thực hiện trong dải từ 500 KHz đến 20 MHz Cả hai loại dao động dọc

và ngang đều được sử dụng, còn sóng bề mặt và sóng Lamb cũng được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt Vì bước sóng càng ngắn thì càng nhạy với sự thay

đổi trong môi trường mà nó truyền qua, nhiều các ứng dụng phân tích vật liệu sử dụng tần số cao nhất để kiểm tra Các xung của sóng âm được tạo ra và thu nhận bằng đầu dò áp điện tiếp xúc âm với vật liệu kiểm tra Trong phần lớn các trường hợp đầu dò đơn được đặt lên một mặt của vật liệu kiểm tra và thực hiện cả hai chức năng phát và thu (kỹ thuật xung vọng), mặc dù trong một số trường hợp đối với các vật liệu có độ suy giảm cao hoặc tán xạ mạnh, đầu thu và đầu phát riêng rẽ được đặt hai trên hai mặt đối diện của vật liệu (kỹ thuật truyền qua) Sóng âm được phát ra

do hiệu ứng áp điện nghịch, khi đặt một điện áp vào biến tử tinh thể áp điện thì biến

tử sẽ chịu biến dạng cơ học, biến dạng này sẽ tạo nên xung truyền trong vật liệu và trở thành sóng âm Sóng âm truyền qua vật liệu, hoặc là phản xạ ở mặt đáy và quay trở lại điểm phát ban đầu (xung vọng), hoặc được thu bởi đầu thu tại điểm đó (truyền qua) Tín hiệu thu được sau đó được khuếch đại và phân tích.

 Kiểm tra truyền qua:

Kiểm tra yêu cầu sử dụng hai đầu dò siêu âm, một truyền và một thu Hai đầu

dò này đặt đối diện nhau qua vật kiểm tra giữa chúng Các hệ thống đầu tiên liên quan tới kiểm tra nhúng và là loại tiêu biểu được sử dụng để dò các chất sỉ/lỗ hổng

co ngót trong các phôi đúc trước khi tiến hành cán hoặc rèn Kiểm tra truyền qua bị giới hạn để kiểm tra chi tiết có bề mặt song song Đó chỉ là phép kiểm tra đơn gian,

nó không cho bất kỳ thông tin nào về độ sâu của khuyết tật, về bản chất của khuyết tật.

Hiện nay nó chỉ được áp dụng để kiểm tra các tấm thép để rò các khuyết tật tách lớp trong quá trình cán.

Hình 1.13: Nguyên lý của phương pháp truyền qua

Cho xung được phát từ đầu phát xung qua vật liệu cần kiểm tra, nếu tại đầu thu nhận được xung gần bằng xung phát thì mẫu không có khuyết tật Nếu xung nhận

được nhỏ hơn nhiều xung phát thì kết luận mẫu có khuyết tật nhỏ, còn khi không thu được tín hiệu xung thì mẫu có khuyết tật lớn.

 Kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng:

Kiểm tra các hệ thống siêu âm xung vọng dựa trên các yếu tố: các sóng âm truyền theo một đường thẳng với tốc độ không đổi, chúng phản xạ tại biên giới các vật liệu có âm trở khác nhau Các hệ thống xung vọng phát ra chuỗi ngắn (thường nhỏ hơn 10 chu kỳ trong một giây) Nó bao gồm một thiết bị định thời gian được kích hoạt bởi một máy phát xung và một thiết bị nghe (nó cũng có thể tương tự như một thiết bị phát) để dò các năng lượng âm bất kỳ phản xạ về phía chúng Thời gian bao gồm giữa điểm phát xung và nhận xung phản xạ có quan hệ trực tiếp với quãng đường đã vượt qua Do đó hệ thống xung vọng có thể cho thông tin khuyết tật.

Hình 1.14: nguyên lý của phương pháp kiểm tra bằng kỹ thuật xung vọng

Hiện tượng biến sóng: khi sóng âm đi vào biên giới hai vật liệu có đặc tính âm khác nhau thì ngoài hiện tượng phản xạ, khúc xạ ra còn có hiện tượng chuyển đổi dạng sóng Vi dụ các sóng trượt đi vào bề mặt thép fermit- không khí với góc tới lớn hơn 30⁰ thì sẽ phải chuyển đổi rất mạnh thành các sóng nén Có tới 90% năng lượng của sóng trượt ban đầu chuyển thành sóng nén Chuyển đổi sóng đôi khi gây ra các trục trặc trong kiểm tra siêu âm, nhưng cũng có thể dùng để kiểm tra khuyết tật.

3.2 Ưu nhược điểm

 Ưu điểm

 Có độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ.

 Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng 6-7m sâu trong khối thép) cho phép kiểm tra các vật có bề dày lớn.

 Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật.

 Cho đáp ứng nhanh vì thế cho phép kiểm tra nhanh và tự động.

 Chỉ cần tiếp xúc một phía của vật được kiểm tra.

 Nhược điểm

 Hình dạng của vật thể kiểm tra có thể gây khó khăn cho công việc kiểm tra.

 Khó kiểm tra những vật liệu có cấu trúc bên trong phức tạp.

 Phương pháp này cần sử dụng chất tiếp âm.

 Đầu dò phải được tiếp xúc phù hợp với bề mặt mẫu trong quá trình kiểm tra.

 Hướng của khuyết tật có ảnh hưởng đến khả năng phát hiện khuyết tật.

sử dụng Siêu âm đo bề dày được sử dụng thường xuyên trong ngành công nghiệp hóa dầu, kiểm tra mức độ ăn mòn trong các đường ống dẫn và các bình áp lực.

Hình 1.15: Kiểm tra bề dày của đường ống

Hình 1.16: Kiểm tra sự sai hỏng của các bình chịu áp lực

Trong công nghiệp chế tạo máy bay, siêu âm dùng để kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay Điều này rất quan trọng trước khi đưa đưa máy bay vào

sử dụng, nếu không được kiểm tra kỹ lưỡng, nguy cơ xảy ra các sự cố ngoài ý muốn rất nguy hiểm.

Hình 1.17: Siêu âm kiểm tra các khuyết tật trên thân và cánh máy bay

Trong y học, siêu âm dùng để kiểm tra thai nhi, theo dõi tình trạng phát triển của, biết được tình trạng và có biện pháp khắc phục.

Hình 1.18: Siêu âm kiểm tra thai nhi

4 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ

4.1 Cơ sở lý thuyết

Trong phép chụp ảnh thông thường, các tia phản xạ từ vật chụp, đi qua một hệ thống thấu kính trong máy ảnh để tạo nên một ảnh thực trên phim.

Trong phép chụp ảnh phóng xạ là dùng tia bức xạ (tia X, gamma) từ nguồn bức

xạ, đi qua vật cần chụp để lại hình ảnh của vật chụp trên phim vốn được đặt ngay sau vật chụp.

Hình 1.19: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ

Sự khác nhau chủ yếu giữa phép chụp ảnh thông thường và phép chụp ảnh phóng xạ là khâu xử lý phim Sau khi chụp, phim được đưa vào phòng tối để xử lý: hiện ảnh và hãm ảnh Tuy nhiên, trong phép chụp ảnh bức xạ người ta không cần in ảnh lên giấy ảnh, khi khảo sát, chỉ cần soi phim trên màn hoặc dùng các máy chiếu

để khuếch đại ảnh.

Nguồn bức xạ

Nguồn bức xạ là công cụ tạo ra các tia bức xạ Nhờ sự tương tác của tia bức xạ với vật chụp, mà ta thu được các thông tin ở bên trong của vật chụp Quá trình tương tác này cũng như chất lượng thông tin thu được, phụ thuộc vào chất lượng của bức xạ (năng lượng, loại bức xạ).

 Hiện tượng phóng xạ:

 Định nghĩa:

Hiện tượng phóng xạ là quá trình dịch chuyển về trạng thái bền của các đồng vị không bền, những chất có biểu hiện này gọi là chất phóng xạ hoặc đồng vị phóng xạ.

 Cường độ bức xạ và hoạt độ phóng xạ riêng:

Cường độ bức xạ được định nghĩa là số tia bức xạ trong một đơn vị diện tích vuông góc với hướng truyền của chùm tia trong một giây.

Hoạt độ phóng xạ riêng đóng vai trò quan trọng, liên quan đến độ nét của ảnh

và phụ thuộc vào lò phản ứng hạt nhân, thời gian chiếu, đặc tính của chất bị chiếu

và tiết diện kích hoạt.

 Những loại bức xạ khác phát ra từ các đồng vị phóng xạ:

Ngoài tia X và gamma, trong chụp ảnh bức xạ còn dùng hạt alpha, beta, proton

và neuton vì sự hấp thụ phụ thuộc vào loại điện tích và động năng của hạt.

 Bước sóng và năng lượng của bức xạ:

Bức xạ điện từ thường có bước sóng xác định và tương ứng với nó là năng lượng xác định Đơn vị để đo bước sóng là mét (m) và các dẫn suất của mét Đơn vị để đo năng lượng là electron – Volt (eV) 1 eV là động năng của electron thu được khi nó chuyển động trong một điện tròng có hiệu điện thế là 1 Volt Bội số của eV là keV (1.000eV), MeV (1.000.000 eV).

-10

10 -11

10 100

Không bị lệch hướng bởi thấu kính do đó trong thiết bị chụp ảnh bức xạ không

có các hệ thấu kính để tạo ảnh như máy ảnh thông thường.

Có khả năng đâm xuyên qua vật chất, mức độ dâm xuyên phụ thuộc vào loại vật chất, bề dày và cấu trúc của nó, cũng như năng lượng của chùm tia Bị suy giảm trong vật chất, vì cường độ yếu đi do quá trình hấp thụ và một phần nhỏ khác bị tán xạ.

Là bức xạ ion hóa, nghĩa là có thể giải phóng electron trong vật chất Có thể làm biến đổi hoặc phá hủy tế bào của cơ thể sống.

Tia X và tia gamma là bức xạ phát ra từ các đông vị phóng xạ.

+ Cường độ bức xạ là số photon trong một đơn vị thời gian đập vào một đơn vị diện tích nằm vuông góc với chùm hạt Đơn vị của cường độ bức xạ là photon/cm2.s + Cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách:

I1I2=r22r12

 Các đặc điểm riêng:

Bước sóng: tia X từ 10 ÷ 0,006Å; tia γ từ 0,04 ÷ 0,001Å

Nguồn phát: Tia X là sự chuyển mức điện tử và bức xạ hãm, thường được tạo ra trong các đèn phát tia X khi electron gia tốc đập vào anot, phổ năng lượng của nó có dạng liên tục.

Tia γ là phản ứng hạt nhân, khi hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ bị

Tương tác của tia X và γ với vật chất:

 Hiện tượng hấp thụ:

+ Khi đi qua vật chất, cường độ của chùm bức xạ bị suy giảm

+ Độ suy giảm phụ thuộc vào năng lượng bức xạ, vật liệu, mật độ và chiều dày của mẫu vật.

+ Khuyết tật tương ứng với sự thay đổi về chiều dày hoặc mật độ nên lượng bức xạ

đi qua đó sẽ khác so với vùng không có khuyết tật và tạo ra sự khác biệt về độ đen ở trên phim giúp ta phát hiện được.

+ Cường độ suy giảm theo quy luật hàm mũ

I1 = I0.exp(-µx)

I0: cường độ ban đầu

Nguyên lý ghi nhận tia X và γ

 Ghi nhận bằng phim:

+ Bức xạ tia X và gamma gây ra những thay đổi quang hóa trong lớp nhũ tương của phim làm thay đổi mật độ quang học (độ đen) Quá trình này tạo ra một “ ảnh ẩn”

+ Cơ chế tương tác: Nhũ tương gồm các hạt bạc bromua

Br- + hν → Br +

e-Ag+ + e-→ Ag

→Ag++ Br- + hν → Ag + Br

→ Br rời khỏi tinh thể AgBr, Ag tự do đọng lại tạo ảnh tiềm tàng.

 Ghi nhận bức xạ bằng các chất phát huỳnh quang:

Một số chất: Sulphat cadmi, Barium platsticocyrid hoặc sulphat calcium phát ra ánh sáng cực tím và nhìn thấy khi chiếu X hoặc γ.

Có thể ứng dụng trong phương pháp chụp huỳnh quang (soi ảnh trực tiếp hoặc qua màn hình) và trong phương pháp chụp ảnh phóng xạ khi kết hợp phim ảnh.

 Ghi nhận bức xạ bằng các đầu dò điện tử:

Chất thường dùng: NaI hoặc LiI kích hoạt bằng thallium, sulphide kẽm chất hưu cơ hoặc vô cơ.

Cơ chế: hν→tinh thể nhấp nháy (NaI, LiI)→nháy sáng→photo Catod của ống nhân quang điện→Diode→109 lần→gom tại Anod.

+ Mục đích sử dụng: Ghi đo bức xạ và phân biệt các mức năng lượng ( đo phổ) Đầu dò bán dẫn:

+ Bán dẫn siêu tinh khiết HPGe

+ Đầu dò Silic pha Li Thiết bị X-Quang

Hình 1.21: Thiết bị gamma

4.2 Ưu nhược điểm

Khi chiếu tia với độ dày thành lớn thời gian chiếu tia kéo dài.

Nó là phương pháp kiểm tra phức tạp.

Sẽ gặp khó khăn khi đối tượng kiểm tra có chiều dày thành khác nhau.

Các thiết bị là hầu như rất lớn và nặng.

4.3 Ứng dụng

Phương pháp chụp ảnh phóng xạ được ứng dụng trong công nghiệp: vật liệu, đóng tàu, chế tạo máy, y tế, kiểm tra hành lý hành khách trong ngành hàng không …

Trong công nghệ hàn:

Hình 1.22: vị trí hàn hình chữ T

Trong y tế:

Hình 1.23: xương chân bị gãy

Kiểm tra hành lý sân bay: