Nghiên cứu tiêu chuẩn ASME áp dụng cho hệ thống gom hơi trong kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu tại nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1

ự án Nhà máy Nhiệt Điện Sông Hậu 1 có quy mô công suất 2 x 600MW,dụng công nghệ ngưng hơi truyền thống, nhiên liệu than nhập khẩu, được thiết kếtheo sơ đồ khối gồm 02 tổ máy cùng các hệ thống thiết bị đồng bộ như hệ thốngcung cấp xử lý và tồn chứa nhiên liệu than, dầu, đá vôithạch cao, hệ thống xử lýnước, xử lý tro xỉ, khử lưu huỳnh, hệ thống thiết bị tự dung, v.v… đạt các yêu cầuhiện đại, hiệu suất cao, bảo đảm các điều kiện phát thải theo tiêu chuẩn Việt Namvà quốc tế hiện hành, thân thiện với môi trường. Lò hơi và tua bin hơi nước củaNMNĐ Sông Hậu 1 sử dụng thuộc loại công nghệ thông số siêu tới hạn tiên tiếncủa thế giới hiện nay và được vận hành bằng than nhập khẩu dự kiến từ Indonesiavà Australia. Khi hoàn thành, Nhà máy Nhiệt Điện Sông Hậu 1 sẽ cung cấp lên lướiđiện quốc gia khoảng 7,8 tỷ KWhnăm.Hệ thống các phương pháp kiểm tra không phá hủy là giải pháp hữu hiệu đểđánh giá chính xác mức độ an toàn và tin cậy của từng giai đoạn lắp đặt chế tạo, màkhông làm ảnh hưởng đến tiến độ thi công và đảm bảo an toàn lao động.Kể từ khi được phát hiện và ra đời, kỹ thuật kiểm tra đánh giá không phá hủyđã chứng tỏ sự hữu ích với ưu thế vượt trội với ngành công nghiệp nói riêng. Vớibề dày lịch sử hơn 100 năm, được kiểm chứng và áp dụng tại hơn 100 quốc gia,ASME là một quy phạm được đề xuất để áp dụng cho dự án thi công nhà máyNhiệt điện Sông Hậu 1.

MỤC LỤC

Danh mục các từ viết tắt 3

Danh mục các thuật ngữ 4

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

1 Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) 10

1.1 Sơ lược về kiểm tra không phá hủy (NDT) 10

1.2 Giới thiệu chung về các phương pháp trong kiểm tra không phá hủy (NDT)……… 13

2 Tiêu chuẩn Liên đoàn Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME) 30

2.1 Sơ lược về ASME 30

2.2 Áp dụng quy chuẩn ASME 34

3 Cơ sở lý thuyết chụp ảnh phóng xạ 35

3.1 Nguyên lý của phương pháp chụp ảnh bằng nguồn phóng xạ (RT) 35

3.2 Tính chất tia gamma 36

3.3 Thiết bị chụp ảnh bức xạ 40

3.4 Chất lượng ảnh và liều chiếu 45

3.5 Các kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ 50

3.6 Các lỗi mối hàn thường gặp 53

3.7 Báo cáo kết quả kiểm tra 54

CHƯƠNG 2: THỰC HÀNH ÁP DỤNG TIÊU CHUẨN ASME 56

1 Xây dựng phương án kiểm tra………58

1.1 Đặt vấn đề 56

1.2 Khó khăn 57

2 Thực hành 57

2.1 Kiểm tra mối hàn ống gom hơi bằng phương pháp thẩm thấu (PT) 57

2.2 Áp dụng tiêu chuẩn ASME cho phương pháp PT 62

2.3 Chụp ảnh phóng xạ mối hàn đường ống gom hơi 64

2.4 Áp dụng tiêu chuẩn ASME đánh giá chất lượng mối hàn 78

2.5 Đánh giá xứ lý phim 86

3 Đánh giá và nhận xét kết quả……… ……… …108

3.1 Đánh giá kết quả 106

3.2 Nhận xét và đề xuất 107

KẾT LUẬN 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Danh mục các từ viết tắt

ASME American Society of

Mechanical Engineers Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa KỳASME

IQI Image Quality Indicatos Chỉ thị chất lượng ảnh

MT Magnetic particle Testing Phương pháp kiểm tra bột từ

NDE Non-Destructive Evaluation Đánh giá không phá hủy

NDT Nondestructive testing Kiểm tra không phá huỷ

PT Penetrant Testing (liquid) Phương pháp kiểm tra thẩm thấu

lỏng

RT Radiographic testing Phương pháp chụp ảnh bức xạ

SWSI Single wall single image Một thành một ảnh

DWDI Doule wall double image Hai thành hai ảnh

UT Ultrasonic Testing Phương pháp kiểm tra siêu âm

Danh mục các thuật ngữ

Kỹ thuật: Là một phương pháp cụ thể trong đó sử dụng một phương pháp

NDT đặc thù Mỗi kỹ thuật kiểm tra được nhận dạng bởi ít nhất một tham số thayđổi quan trọng đặc biệt từ một kỹ thuật khác trong phạm vi của phương pháp đó (Vídụ: Phương pháp chụp ảnh bức xạ (RT); có các kỹ thuật tia X/tia gamma)

Quy phạm: Là một dạng của tiêu chuẩn mà có sử dụng các động từ “phải”

hoặc “sẽ”, để chỉ ra sự bắt buộc phải sử dụng một vật liệu nhất định hoặc nhữnghoạt động nhất định hoặc cả hai Việc sử dụng quy phạm được quy định bắt buộcbởi một điều luật ban hành do quyền hạn của chính phủ Việc sử dụng những yêucầu kỹ thuật trở nên bắt buộc chỉ khi chúng bị tham chiếu bởi các quy phạm hoặccác tài liệu hợp đồng

Quy trình: Trong kiểm tra không phá hủy, quy trình kiểm tra là một dãy thứ

tự các quy tắc hoặc các hướng dẫn được trình bày một cách rất chi tiết, ở đâu,nhưthế nào và ở bước nào thì một phương pháp NDT nên được áp dụng vào một quátrình sản xuất

Tiêu chuẩn: Là các tài liệu quy định và hướng dẫn các cách thực hiện khác

nhau diễn ra trong quá trình chế tạo một sản phẩm công nghiệp Những tiêu chuẩn

mô tả những yêu cầu kỹ thuật đối với một vật liệu, quá trình gia công, sản phẩm, hệthống hoặc dịch vụ Chúng cũng chỉ ra những quy trình, phương pháp, thiết bị hoặcquá trình kiểm tra để xác định rằng những yêu cầu đó đã được thoả mãn

- Hình 1.13: Khuyết tật phát hiện trên mối hàn (MT)

- Hình 1.14: Phun sơn phản quang (MT)

- Hình 1.15: Mặt bích ASME B16.5

- Hình 2.1: Công trình nhà máy Nhiệt Điện Sông Hậu 1

- Hình 2.2: Nguyên lý của phương pháp chụp ảnh bức xạ

- Hình 2.3: Cơ chế của hiệu ứng quang điện

- Hình 2.4: Cơ chế của hiệu ứng Compton

- Hình 2.5: Định luật hấp thụ

- Hình 2.6: Cấu tạo một đầu phát gamma đặc trưng

- Hình 2.7: Cấu tạo phim chụp ảnh bức xạ

- Hình 2.8: Các loại IQI thường sử dụng

- Hình 2.9: Yêu cầu kiểm tra mối hàn

- Hình 2.10: Làm sạch mối hàn (PT)

- Hình 2.11: Phun thuốc thẩm thấu lên mối hàn (PT)

- Hình 2.12: Lau thuốc thẩm thấu (PT)

- Hình 2.13: Phun thuốc hiện (PT)

- Hình 2.14: Hệ thống đường ống gom hơi

- Hình 2.15: Yêu cầu kiểm tra mối hàn (RT)

- Hình 2.24: Tính toán thời gian chiếu (RT)

- Hình 2.25: Điều khiển nguồn chiếu (RT)

- Hình 2.26: Buồn tối (RT)

- Hình 2.27: Điều hòa ổn định nhiệt độ (RT)

- Hình 2.28: Các loại giá treo phim (RT)

- Hình 2.29: Thuốc hiện ảnh và trung gian (RT)

- Hình 2.30: Thuốc hãm và trung gian (RT)

- Hình 2.31: Máy sấy phim (RT)

- Hình 2.32: Vết xước trong khi xử lý phim (RT)

- Hình 2.33: Vết bẩn dư lượng hóa chất (RT)

- Hình 2.34: Vết gãy phim nằm trong vùng quan tâm (RT)

- Hình 2.35: Vết loang giá rửa phim (RT)

- Hình 2.36: Ký hiệu nhận dạng số nổi (RT)

- Hình 2.37: Ký hiệu nhận dạng số chìm (RT)

- Hình 2.38: Ký hiệu xuất hiện trong vùng quan tâm (RT)

- Hình 2.39: Mất ký hiệu nhận dạng vị trí (RT)

- Hình 2.40: ASTM IQI dây và lỗ

- Hình 2.41: Đèn đọc phim LED HHS-NDE do NDE chế tạo

- Hình 2.42: Máy đo độ đen và phim bậc so sánh

- Hình 2.43: Giải đoán ảnh chụp bức xạ

- Hình 2.44: Các kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ

- Hình 2.45: Khuyết tật thiếu ngấu chân

- Hình 2.46: Khuyết tật ngậm xỉ

- Hình 2.47: Khuyết tật thiếu ngấu chân

- Hình 2.48: Khuyết tật thiếu ngấu vách

- Hình 2.49: Khuyết tật thiếu thấu chân

- Hình 2.50: Quá thấu chân

- Hình 2.51: Khuyết tật nứt

- Hình 2.52: Khuyết tật rỗ khí

- Hình 2.53: Bộ ảnh mẫu khuyết tật hàn ASTM

- Hình 2.54: Mối hàn lỗi vật liệu cơ bản (BI)

- Hình 2.55: Thông tin mối hàn

- Hình 2.56: Mối hàn bị rỗ

- Hình 2.57: Mối hàn không ngấu

LỜI MỞ ĐẦU

Dự án Nhà máy Nhiệt Điện Sông Hậu 1 có quy mô công suất 2 x 600MW, sửdụng công nghệ ngưng hơi truyền thống, nhiên liệu than nhập khẩu, được thiết kếtheo sơ đồ khối gồm 02 tổ máy cùng các hệ thống thiết bị đồng bộ như hệ thốngcung cấp xử lý và tồn chứa nhiên liệu than, dầu, đá vôi-thạch cao, hệ thống xử lýnước, xử lý tro xỉ, khử lưu huỳnh, hệ thống thiết bị tự dung, v.v… đạt các yêu cầuhiện đại, hiệu suất cao, bảo đảm các điều kiện phát thải theo tiêu chuẩn Việt Nam

và quốc tế hiện hành, thân thiện với môi trường Lò hơi và tua bin hơi nước củaNMNĐ Sông Hậu 1 sử dụng thuộc loại công nghệ thông số siêu tới hạn tiên tiếncủa thế giới hiện nay và được vận hành bằng than nhập khẩu dự kiến từ Indonesia

và Australia Khi hoàn thành, Nhà máy Nhiệt Điện Sông Hậu 1 sẽ cung cấp lên lướiđiện quốc gia khoảng 7,8 tỷ KWh/năm

Hệ thống các phương pháp kiểm tra không phá hủy là giải pháp hữu hiệu đểđánh giá chính xác mức độ an toàn và tin cậy của từng giai đoạn lắp đặt chế tạo, màkhông làm ảnh hưởng đến tiến độ thi công và đảm bảo an toàn lao động

Kể từ khi được phát hiện và ra đời, kỹ thuật kiểm tra đánh giá không phá hủy

đã chứng tỏ sự hữu ích với ưu thế vượt trội với ngành công nghiệp nói riêng Với

bề dày lịch sử hơn 100 năm, được kiểm chứng và áp dụng tại hơn 100 quốc gia,ASME là một quy phạm được đề xuất để áp dụng cho dự án thi công nhà máyNhiệt điện Sông Hậu 1

Với đề tài “Nghiên cứu tiêu chuẩn ASME áp dụng cho hệ thống gom hơitrong kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu tại nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1”,đồ

án này trình bày những lý thuyết căn bản về các phương pháp kiểm tra không pháhủy mẫu, nội dung quy phạm, các tiêu chuẩn ASME được áp dụng trong kỹ thuậtkiểm tra không phá hủy (NDT) và các phương pháp kiểm tra thực tế tại công trình

Cụ thể, là làm thế nào để kiểm tra được các mối hàn trong hệ thống gom hơi; cácphương pháp nào sẽ được áp dụng; đồng thời đề cập đến các tiêu chuẩn phù hợp để

đánh giá các kết quả ghi nhận được trong quá trình kiểm tra phát hiện các khuyếttật.

Xin chân thành cảm ơn ThS Lê Văn Miễn (người hướng dẫn) về kiến thức chuyên môn, KS Lê Minh Tiến, Công ty Cổ Phần Lắp máy và Thí nghiệm Cơ

điện (EMETC) đã tạo điều kiện cho em được thực tập tại công trình nhà máy NhiệtĐiện Sông Hậu 1, có nhiều cơ hội để thực hành và củng cố lý thuyết cơ bản

Bài báo cáo còn nhiều thiếu sót, kính mong KS Lê Minh Tiến cùng toàn thểthầy cô trong viện xem xét góp ý để kiến thức được chắc chắn và hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT)

1.1 Sơ lược về kiểm tra không phá hủy (NDT)

1.1.1 Định nghĩa

Kiểm tra không phá hủy (NDT) là sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm traphát hiện các khuyết tật bên trong cấu trúc của các vật liệu, các sản phẩm, chi tiếtmáy,… mà không làm tổn hại đến khả năng hoạt động sau này của chúng NDT liênquan tới việc phát hiện khuyết tật trong cấu trúc của các sản phẩm được kiểm tra,tuy nhiên tự bản thân NDT không thể dự đoán những nơi nào khuyết tật sẽ hìnhthành và phát triển

Mục đích của việc dò khuyết tật đối với công trình, thiết bị nhằm đánh giá tínhchất vật liệu trước khi chúng bị hư hỏng, dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật quy địnhđược công nhận hoặc biến dạng suy biến xác định qua nhiều năm, để bảo đảm đúngchất lượng sản phẩm và tính năng làm việc của công trình, thiết bị, và cũng nhằmkhai thác hết khả năng của các kết cấu kỹ thuật Hạn chế rủi ro hoặc các khuyết tậtnhằm tăng cường tính toàn vẹn trong kinh doanh và tính an toàn trong xây lắp vàtiết kiệm chi phí

1.1.2 Các lĩnh vực ứng dụng kiểm tra không phá hủy (NDT)

Kiểm tra không phá hủy (NDT) được dùng rộng rãi trong hầu hết các ngànhcông nghiệp, dặc biệt là trong các ngành công nghiệp dầu khí, cơ khí, hàng không,năng lượng (nhiệt điện, thuỷ điện, hạt nhân), đóng tàu, công nghiệp hoá chất và chếbiến thực phẩm Trong ngành dầu khí, kiểm tra không phá hủy (NDT) dùng để kiểmtra chất lượng, độ an toàn và toàn vẹn của các đường ống dẫn dầu, bồn chứa, dànkhoan, hệ thống ống dẫn và bình áp lực của nhà máy lọc dầu, nhà máy khí hoá lỏngv.v Trong ngành cơ khí chế tạo, kiểm tra không phá hủy (NDT) dùng để kiểm soát

và đánh giá chất lượng của các sản phẩm đúc, nén, kéo và đặc biệt là chất lượngmối hàn của các cấu kiện, thiết bị đòi hỏi cao về chất lượng và an toàn Trong ngànhhàng không, kiểm tra không phá hủy (NDT) là công cụ không thể thiếu trong bảo trìbảo dưỡng và đảm bảo an toàn cho máy bay dân dụng và quân sự Hệ thống nồi hơi

áp lực trong nhà máy nhiệt điện, tuốc bin cánh quạt trong nhà máy thuỷ điện v.v làcác lĩnh vực ứng dụng quan trọng trong ngành năng lượng Trong công nghiệp đóngtàu, chỉ đối với mỗi một con tàu, ụ nổi mà đã có hàng trăm tấn thép, hàng trămđường hàn đòi hỏi phải kiểm tra chất lượng bằng các kỹ thuật không phá huỷ

 Kiểm tra không phá hủy (NDT) áp dụng cho nhiều lĩnh vực:

 Kết cấu thép

 Khai thác, Hoá dầu, Năng lượng

 Ôtô- tàu hoả

 Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm sâu bêntrong (và gần bề mặt) của đối tượng kiểm tra:

 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing- RT),

 Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing- UT)

 Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật bề mặt (và gần

bề mặt):

 Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant PT)

Testing- Phương pháp kiểm tra bột từ (Magnetic Particle Testing- MT)

1.1.4 Ưu điểm của các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) so với cácphương pháp phá hủy (DT)

 Kiểm tra không phá hủy (NDT) không làm ảnh hưởng đến khả năng sửdụng của vật kiểm sau này

 Kiểm tra không phá hủy (NDT) có thể kiểm tra 100% vật kiểm, vàđảm bảo 100% sản phẩm xuất xưởng đạt chất lượng

Trong khi đó các phương pháp phá hủy lại có ưu điểm là cho kết quả trực tiếp,còn kiểm tra không phá hủy (NDT) chỉ cho được các kết quả gián tiếp (thông qua sosánh với mẫu chuẩn)

Trong chế tạo, khi áp dụng kiểm tra không phá hủy, ta có thể dễ dàng pháthiện những khuyết tật, từ đó có thể loại bổ các bán sản phẩm, tiệt kiệm chi phí, sửachữa khắc phục sai sót

Kiểm tra không phá hủy cũng được sử dụng rộng rãi để đánh giá độ toàn vẹncủa các sản phẩm, công trình công nghiệp đang hoạt động Nhờ sớm phát hiện đượccác hỏng hóc, kịp thời thay thế khắc phục, nên ta có tiết kiệm được chi phí sửachữa, tránh được các thảm họa có thể xảy ra

Kiểm tra không phá hủy (NDT) còn là công cụ quan trọng trong nghiên cứachế tạo vật liệu mới, tối ưu hóa các quy trình sản xuất, quy trình hàn thông quá cácthử nghiệm, phát hiện các sai sót trong thiết kế, vật liệu, sảm phẩm

Có thể nói, kiểm tra không phá hủy (NDT) là công cụ quan trọng để giảm giáthành, nâng cao sức cạnh tranh của các doanh nghiệp chế tạo, sản xuất.

1.2 Giới thiệu chung về các phương pháp trong kiểm tra không phá hủy (NDT)

1.2.1 Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (RT)

Giống như tên gọi của nó, trong phương pháp này người ta dùng các chùm tia

X hoặc tia phóng xạ gamma để chụp ảnh vật cần kiểm tra Trong khi việc chụp ảnhthông thường chỉ cho hình ảnh về bề mặt vật chụp, chụp ảnh bức xạ cho phép ghinhận cả hình ảnh bên trong vật chụp do các chùm tia X, tia gamma có khả năngxuyên thấu Nếu phương pháp siêu âm đòi hỏi phải xử lý số liệu ngay trong quátrình kiểm tra thì phương pháp chụp phim cho phép lưu lại phim chụp để đọc vàobất kỳ lúc nào Tuy nhiên chụp phim là công việc đòi hỏi nghiêm ngặt về an toàn doliên quan đến việc sử dụng các nguồn phát tia phóng xạ

Kiểm tra không phá hủy bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ là phươngpháp sử dụng tia bức xạ chiếu qua mẫu vật cần kiểm tra với khả năng xuyên thấu đủlớn để xuyên qua được toàn bộ chiều dày mẫu vật Một phần bức xạ bị hấp thụ,phần còn lại sẽ đi qua mẫu vật, lượng hấp thụ và lượng đi qua phụ thuộc theo chiềudày của mẫu vật

Phim sau khi đã rửa

Hình 1.1: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ

Sự chênh lệch về chiều dày khi có khuyết tật bên trong sẽ ảnh hưởng đến sựhấp thụ và xuyên qua tạo nên các ảnh ẩn trên phim của phương pháp chụp, xử lý cácphim này để thu được ảnh nhìn thấy được để giải đoán các khuyết tật của vật kiểmtra nếu có

Nguồn bức xạ thường được sử dụng là nguồn gamma hoặc máy phát tia X

Nguồn phóng xạ

Mẫu vật

Phim

Hình 1.2: Các loại nguồn bức xạ

Các lỗi có thể phát hiện ra:

 Không gian rỗng do co ngót khi đông cứng

Ưu điểm của phương pháp:

 Kiểm tra bức xạ có thể thực hiện với bất cứ loại vật liệu nào và không

có ngoại lệ

 Là phương pháp kiểm tra rất đúng (độ tin cậy cao) và có khả năng táitạo, sao chép lại

 Có thể lưu trữ hồ sơ hình ảnh lâu dài trong các điều kiện bảo quản nhấtđịnh

Nhược điểm của phương pháp:

 Tất cả các trang thiết bị phải được các cơ quan có thầm quyền cấpphép, chấp nhận và quản lý

 Đảm bảo an toàn bức xạ phải nên phải cô lập không gian rộng khi thựchiện công việc

 Chỉ được phép thực hiện khi tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện antoàn phóng xạ đối với con người

 Thời gian thực hiện kéo dài với độ dày thành lớn thời gian chiếu tiakéo dài

 Khó thực hiện khi đối tượng kiểm tra có chiều dày thành khác nhau

 Là phương pháp kiểm tra phức tạp và các thiết bị hầu như rất lớn vànặng

1.2.2 Phương pháp kiểm tra siêu âm (UT)

Là một trong những phương pháp dễ áp dụng và chi phí thấp nhất Người taphát vào bên trong kim loại các chùm tia siêu âm và ghi nhận lại các tia siêu âmphản xạ từ bề mặt kim loại cũng như từ các khuyết tật bên trong kim loại Trên cơ

sở phân tích các tia phản xạ này, người ta có thể xác định được chiều dày kim loạicũng như độ lớn và vị trí các khuyết tật bên trong kim loại

Hình 1.3: Phương pháp UT

Sóng âm tần số cao được truyền vào vật liệu và chúng sẽ bị phản xạ do bề mặthay khuyết tật Năng lượng sóng âm bị phản xạ được biểu diễn theo thời gian, ngườikiểm tra có thể giải đoán được bề mặt phản xạ đáy hay khuyết tật được chỉ ra trênmàn hình hiển thị của thiết bị siêu âm cho biết độ sâu và vị trí của nó

Hình 1.4: Nguyên lý của phương pháp UT

Trong kỹ thuật siêu âm có nhiều kỹ thuật khác nhau có thể được ứng dụngnhư:

 Kỹ thuật xung – tiếng dội

 Kỹ thuật dẫn siêu âm

 Kỹ thuật cộng hưởng âm

Các khuyết tật hàn có thể phát hiện:

 Nứt

 Lỗi không liên kết

 Hàn không thấu (hàn xuyên qua không đầy đủ)

 Không gian rỗng được hình thành khi đông cứng

 Cháy cạnh

 Lệch cạnh

 Lỗi lớp chân trong mối hàn

Ưu điểm của phương pháp UT:

 Nó có thể chứng minh tất cả các dạng của các bất bình thường

 Nó hầu như có khả năng kiểm tra tất cả các vật liệu bằng siêu âm

 Kết quả kiểm tra, hồ sơ/văn bản dữ liệu kiểm tra có thể số hóa

 Kỹ thuật siêu âm được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp

 Dưới các điều kiện xác định cũng có khả năng áp dụng kiểm tra các hệthống trên không trung

 Các thiết bị siêu âm đời mới là các thiết bị với bộ ắc quy, thời giankiểm tra có thể nhiều hơn 12h (không nạp lại)

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

 Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng 6-7m sâu bên trog khối thép) chophép kiểm tra các tiết diện rất dày

 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 từ một phía của vật được kiểm tra

Nhược điểm của phương pháp UT:

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

 Khó kiểm tra các vật liệu có cấu tạo bên trong phức tạp

 Phương pháp này cần phải sử dụng chất tiếp âm

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

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

 Thiết bị rất đắt tiền

 Nhân viên kiểm tra cần phải có rất nhiều kinh nghiệm

1.2.3 Phương pháp kiểm tra bằng thẩm thấu chất lỏng (PT)

Một trong những phương pháp hay sử dụng nhất để phát hiện các vết nứt trên

bề mặt kim loại, mối hàn sau khi gia công, đặc biệt là các vật liệu không nhiễm từnhư thép không rỉ Trong phương pháp này người ta phun một chất lỏng có khảnăng thẩm thấu cao và có màu sắc dễ phân biệt (thường là màu đỏ) lên bề mặt vậtcần kiểm tra

Nếu trên bề mặt có các vết nứt dù là rất nhỏ, chất thẩm thấu sẽ ngấm vào vàđọng lại ở các khe nứt Chất thấm lỏng dưới tác dụng của lực mao dẫn, bị hút vàocác khoảng trống (khuyết tật hở) trên bề mặt vật liệu Tương tác giữa các lực bámdính và kết dính sẽ làm cho phần tử chất thấm lưu lại tại những vị trí đặc biệt màmắt thướng khó nhìn thấy được Có nhiều cách để áp dụng chất thấm như: phun xịt,nhúng, chải quét Sau khi chờ cho quá trình ngấm kết thúc, người ta loại bỏ hếtphần chất thẩm thấu thừa trên bề mặt và tiếp tục phun lên bề mặt kiểm tra một chấtkhác gọi là “chất hiện màu” làm cho phần chất thẩm thấu đã ngấm vào các vết nứtnổi rõ lên cho phép ghi nhận các vết nứt rất nhỏ, mắt thường không phát hiện được

Tuy nhiên để có thể áp dụng phương pháp này bề mặt vật kiểm tra phải rấtsạch và khô vì vậy nó không thích hợp với các bề mặt bị bám bẩn và có độ nhámcao Mặt khác mặc dù không đòi hỏi phải đầu tư thiết bị, việc kiểm tra PT đòi hỏingười kiểm tra phải thực sự có kinh nghiệm và được đào tạo đầy đủ.

Phương pháp kiểm tra thẩm thấu là phương pháp đơn giản nhất được áp dụng

để phát hiện những khuyết tật hở ra trên bề mặt vật liệu của bất kì sản phẩm côngnghiệp nào được chế tạo từ những vật liệu không xốp, bằng cách sử dụng chất thấmlỏng có độ thẩm thấu cao

Phương pháp thẩm thấu có khả năng phát hiện và định vị các khuyết tật bề mặthoặc các khuyết tật thông ra trên bề mặt của vật liệu: như vết nứt, rỗ khí, nếp gấptách lớp của các loại vật liệu không xốp, kim loại hay phi kim loại, sắt từ hay khôngsắt từ, plastic hay gốm sứ Trong phương pháp này, chất thấm lỏng được phun (xịt)lên bề mặt của sản phẩm trong một thời gian nhất định, sau đó phần chất thấm còn

dư được loại bỏ khỏi bề mặt

Bề mặt sau đó được làm khô và phủ chất hiện hình lên nó, những chất thấmnằm trong bất liên tục sẽ bị chất hiện hấp thụ tạo thành chỉ thị kiểm tra, phản ánh vịtrí và bản chất của bất liên tục Các bước cơ bản của phương pháp thẩm thấu lỏng

Để thực hiện kiểm tra thẩm thấu lỏng đạt hiệu quả cao chúng ta cần thực hiệnđúng, đầy đủ và nghiêm túc 6 bước sau đây:

 Bước 1: Làm sạch bề mặt vật kiểm tra để loại bỏ hết bụi bẩn, dầu mỡ

và các chất gỉ sét bám trên bề mặt

 Bước 2: Phun hoặc xịt chất thẩm thấu lỏng lên bề mặt vật kiểm (bề mặt

đã được làm sạch) chờ một thời gian nhất định cho chất thẩm thấuthấm vào các bất liên tục trên bề mặt vật kiểm tra như lỗ rỗng, vết nứt,nếp gấp…

 Bước 3: Loại bỏ chất thẩm thấu thừa trên bề mặt bằng cách dùng dungmôi kết hợp với dẻ ẩm, hoặc nước rửa sạch Tuyệt đối không xùngbình xịt dung môi trực tiếp lên bề mặt vật kiểm khi đã dùng chất thấm

vì nó có thể loại bỏ luôn chất thẩm thấu đã ngấm sâu vào trong cáckhuyết tật dẫn đến bỏ sót khuyết tật

 Bước 4: Phun xịt chất hiện hình lên bề mặt để chất hiện hình tác dụngvới chất thẩm thấu tạo ra ánh sáng phát quang chỉ báo khuyết tật

 Bước 5: Kiểm tra đánh giá khuyết tật trong điều kiện ánh sáng thíchhợp hoặc dưới ánh đèn tia cực tím (nếu sử dụng chất thẩm thấu huỳnhquang)

 Bước 6: Làm sạch bề mặt kiểm tra, nếu cần có thể dùng chất chống ănmòn để bảo vệ vật kiểm tra

Quy trình nguyên lý kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (PT):

1 Làm sạch bề mặt đối tượng cần kiểm tra: sử dụng chất làm sạch bề mặt(cleaner)

Hình 1.5: Làm sạch bề mặt

2 Trải chất thẩm thấu (Penetrant) lên bề mặt đối tượng cần kiểm tra

Hình 1.10: Làm sạch bề mặt

Đặc điểm của phương pháp PT:

 Chất thấm phải vào được bất liên tục

 Chỉ phát hiện bất liên tục mở ra bề mặt

 Bề mặt kiểm tra phải sạch: dầu, mỡ, sơn, bụi, bẩn…

 Không áp dụng cho vật liệu xốp, thấm hút

 Khó áp dụng cho bề mặt rất xù xì

 Các thao tác cơ học như phun cát, bắn hạt, có thể làm đóng-khép bấtliên tục lại

 Thường cần làm sạch sau kiểm tra

Ưu điểm của phương pháp PT:

 Rất nhạy với những khuyết tật nằm trên bề mặt, nếu được sử dụng phùhợp

 Thiết bị và vật tư được dùng trong phương pháp này tương đối rẻ tiền

 Quá trình thấm lỏng tương đối đơn giản và không gây ra vấn đề rắc rối

 Hình dạng của chi tiết kiểm tra không là vấn đề quan trọng

Nhược điểm của phương pháp PT:

 Các khuyết tật phải hở ra trên bề mặt

 Vật liệu kiểm tra phải không xốp

 Quá trình kiểm tra bằng chất thấm lỏng khá bẩn

 Trong phương pháp này các kết quả không dễ dàng giữ được lâu

1.2.4 Phương pháp kiểm tra bằng bột từ (MT)

Mặc dù không sử dụng được với các vật liệu không nhiễm từ như thép không

rỉ, MT là phương pháp có độ tin cậy và độ nhạy cao hơn, không đòi hỏi bề mặt kiểmtra phải quá sạch và nhẵn như khi kiểm tra thẩm thấu MT được áp dụng phổ biếntrong việc kiểm tra định kỳ các nồi hơi và bình áp lực có nguy cơ nứt cao sau mộtthời gian sử dụng như bồn chứa NH3 hóa lỏng, các nắp nồi hấp, bình khử khí, baohơi và bao bùn của nồi hơi nhà máy nhịêt điện, bề mặt ống lò của nồi hơi ống lò ốnglửa, v.v Mặt khác cũng thường áp dụng MT như biện pháp kiểm tra bổ sung đối vớicác mối hàn, chi tiết gia công sau khi xử lý nhiệt

Hình 1.11: Chuẩn bị thuốc phản quang

Trong phương pháp này, vùng cần kiểm tra sẽ được từ hoá bằng cách cho tiếpxúc với một nam châm điện đặc biệt được gọi là “gông từ” Sau khi từ hóa, người taphun lên bề mặt vùng cần kiểm tra một lớp bột sắt từ (thường có màu đen) Nếu trên

vùng kiểm tra không có các khuyết tật hay vết nứt, các hạt sắt từ này sẽ phân bố mộtcách đều đặn dọc theo các đường sức từ trường Nếu có các vết nứt hay khuyết tật,các đường sức từ trường bị gián đoạn sẽ làm cho các hạt sắt từ tập trung cục bộ tạivùng có khuyết tật.

Hình 1.12: Gông từ

Bằng việc xem xét kỹ sự phân bố của các hạt sắt từ trên vùng kiểm tra, người

ta dễ dàng phát hiện ra các vị trí bị nứt hay có các khuyết tật bề mặt

Hình 1.13: Khuyết tật phát hiện trên mối hàn

Trong thực tế để dễ phân biệt vị trí có khuyết tật, người ta thường phun lên bềmặt vùng kiểm một lớp dung môi màu trắng có tác dụng làm nổi bật màu đen củacác hạt sắt từ hoặc sử dụng đèn huỳnh quang tia cực tím trong những trường hợpđòi hỏi độ nhạy cao.

Hình 1.14: Phun sơn phản quang

Phương pháp kiểm tra không phá hủy bằng từ tính (hay còn được gọi làphương pháp bột từ) được ứng dụng cho kiểm tra phát hiện khuyết tật như rạn nứt

bề mặt ở mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, sự nóng chảy không đủ, các rạn nứtphía dưới bề mặt, rỗ xốp lẫn xỉ và độ ngấu mối hàn không đầy đủ

Kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp từ tính được phân biệt qua hai phươngpháp theo dạng chất kiểm tra là bột từ, đó là :

 Kiểm tra từ tính trong điều kiện ánh sáng ban ngày hoặc có nguồn sángvới cường độ sáng > 500 lux (Kiểm tra tương phản – Đen/ Trắng)

 Kiểm tra từ tính phát quang (dưới ánh sáng đèn cực tím – UV trong khivực được che tối) Trong cả hai phương pháp một vật liệu có tính chất

từ phải được từ hóa đầy đủ

Khi được từ hóa vật liệu kiểm tra sẽ hình thành các đường sức từ đồng đều vàchảy song song đối với bề mặt qua chi tiết (dòng chảy lực của từ trường) Ở các vịtrí tách vật liệu, bất bình thường (hay còn gọi là khuyết tật, bất liên tục), nằm trên

bề mặt hoặc gần bề mặt và cắt ngang dòng chảy từ trường sẽ xuất hiện từ thôngphân tán ra bên ngoài bề mặt (dòng từ ảo)

Khi rắc hoặc phun bột từ lên bề mặt khu vực được từ hóa, nếu có sự hiện diệncủa khuyết tật thì các hạt từ sẽ tập trung vào vị trí khuyết tật, giúp ta có thể quan sátthấy bằng mắt thường

Kích thước khuyết tật và độ nhạy của phương pháp kiểm tra bột từ Độ rộngkhe hở tối thiểu khoảng 1 mm khi độ sâu tối thiểu là 10 mm và chiều dài khe hở tốithiểu khoảng 0,2 – 1 mm

Trong phương pháp kiểm tra bột từ, ta phải chọn hướng và cường độ của dòngđiện sao cho các đường từ thông tạo thành có hướng và mật độ thích hợp trên cácvùng cần khảo sát Vì độ nhậy của phép kiểm tra là cao nhất khi từ trường vuônggóc với trục chính của khuyết tật, nên phương pháp từ hoá phải chọn sao cho cácđường từ thông tạo thành có hướng vuông góc với trục chính của các khuyết tật cầnphát hiện Khi cần kiểm tra các khuyết tật có hướng khác nhau, ta cần phải từ hóavật nhiều lần để tạo ra các đường từ thông có các hướng khác nhau Tuy nhiên, đốivới phần lớn công việc, ta chỉ cần từ hóa hai lần là đủ Trong lần từ hóa thứ hai, ta

sử dụng trường từ hoá vuông góc với trường lần đầu

Ưu điểm của phương pháp MT:

 Phương pháp từ tính là phương pháp kiểm tra tương đối đơn giản,nhanh và chi phí phù hợp

 Phương pháp từ tính có thể chứng minh rõ ràng các bất bình thường rấtnhỏ và mịn (đọ nhạy cảm cao)

 Phương pháp từ tính có thể tìm được các bất bình thường nằm sâu dưới

bề mặt tới 1 mm

 Phương pháp từ tính được xem như là phương pháp rất hiệu quả đểkiểm tra các mối hàn góc trong chế tạo thép.

Nhược điểm của phương pháp MT:

 Phương pháp từ tính được tiến hành với nhiều trang thiết bị phụ trợ vàvật tư tiêu hao

 Phương pháp từ tính luôn cần thiết nguồn dòng điện, trừ một số loạigông từ bằng nam châm vĩnh cửu

 Bề mặt phải làm sạch đảm bảo không có: dầu, mỡ, gỉ, các lớp sơn dày

và lớp cắt cháy vv…

 Không thể xác định được chiều sâu của vết nứt, khuyết tật…

 Phương pháp này bẩn do hóa chất, hạt từ khô, nước hạt từ, vật tư làmsạch

 Không lưu lại được kết quả kiểm tra Các điều kiện tiến hành kiểm trakiểm tra bột từ

 Vật kiểm tra phải có tính chất từ tính (có khả năng dẫn từ), độ từ thẩm

mR > 300

 Phải đạt được sự tiếp cận bề mặt đối tượng kiểm tra

 Bề mặt phải khô, không có dầu, mỡ, nước và bẩn gỉ

 Các lớp sơn phủ không được dày quá 150 mm

 Đối tượng kiểm tra phải được từ hóa và sau đó cần được khử từ

Các điều kiện tiến hành kiểm tra

 Vật kiểm tra phải có tính chất từ tính (có khả năng dẫn từ), độ từ thẩm

mR > 300

 Phải đạt được sự tiếp cận một phía

 Bề mặt phải khô, không có dầu, mỡ, nước và bẩn gỉ

 Nhiệt độ kiểm tra trong các điều kiện đặc biệt tới 3000C

 Các lớp phủ không được dày quá 150 mm

 Đối tượng kiểm tra phải được từ hóa.

Kinh nghiệm cần thiết của người kiểm tra

 Có kinh nghiệm kiểm tra cao

2 Tiêu chuẩn Liên đoàn Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME)

2.1 Sơ lược về ASME

2.1.1 Định nghĩa

Tiêu chuẩn ASME là bộ tiêu chuẩn Mỹ trải rộng trong các chủ đề gồm côngnghệ áp suất, nhà máy hạt nhân, thang máy/ thang tự động, xây dựng, tiêu chuẩnhóa, thiết kế kỹ thuật và kiểm tra hiệu năng

 Tổ chức ASME

ASME được sáng lập năm 1880 bởi Alexander Lyman Holley, Henry RossiterWorthington, John Edison Sweet and Matthias N Forney Với nhiệm vụ là giảiquyết các sự cố của nồi áp suất, lò hơi Được biết đến trong việc thiết lập các bộ mã

và tiêu chuẩn cho các thiết bị cơ khí Với mục đích sáng lập ban đầu là thành lậpmột Liên đoàn kỹ thuật với mục đích tập trung nghiên cứu các kỹ thuật liên quanlĩnh vực cơ khí ở Bắc Mỹ Và theo sự phát triển, ASME ngày nay đã trở thành một

tổ chức đa ngành và toàn cầu

ASME (American Society of Mechanical Engineering – Liên đoàn kỹ sư cơkhí Hoa Kỳ ) là nhà phát triển các quy tắc và tiêu chuẩn đầu ngành kết hợp kỹ thuậtkhoa học và ứng dụng kỹ thuật cơ khí… Với tiêu chí :” làm thúc đẩy khoa học kỹthuật và ứng dụng của kỹ thuật đa ngành, giúp liên kết những người làm khoa học

kỹ thuật trên thế giới lại với nhau” thông qua việc huấn luyện, đào tạo liên tục, pháttriển chuyên nghiệp và nghiên cứu các quy tắc, tiêu chuẩn, các hội thảo và công bố,liên quan đến chính quyền và các vấn đề ngoại giao khác

ASME là một liên đoàn kỹ thuật, một tổ chức tiêu chuẩn, một tổ chức nghiêncứu và phát triển, một tổ chức hành lang, một nhà cung cấp các khóa huấn luyện,đào tạo và là một tổ chức phi lợi nhuận

ASME phát triển các tiêu chuẩn tự nguyện để nâng cao an toàn, sức khỏe vàchất lượng sống của cộng đồng, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho sự đổi mới,thương mại và cạnh tranh.

ASME phát triển và xét duyệt các tiêu chuẩn dựa trên nhu cầu của thị trườngthông qua quy trình thống nhất, thỏa thuận và cam kết giữa các bên liên quan gồmcác nhà sản xuất, người dùng, chính quyền và các bên quan tâm khác Việc xâydựng tiêu chuẩn ASME cùng với sự xét duyệt theo sau đều được đánh giá dựa trêncác dữ liệu có độ tin cậy cao với sự nhất trí của các ủy ban tham gia vào quy trìnhxây dựng tiêu chuẩn

ASME hiện nay có hơn 14000 thành viên ở 158 quốc gia trên thế giới [1]2.1.2 Cấu trúc và một số đặc điểm

Qui phạm ASME B.P.V hiện hành gồm 12 chương được liệt kê ở dưới Trừchương II, IX và X, các chương khác đều tham chiếu lẫn nhau hoặc sang các Quiphạm và tiêu chuẩn ASME khác

 Tóm tắt số nội dung trong bộ tiêu chuẩn ASME

 ASME chương I: Quy tắc trong việc thi công lò hơi năng lượng

 ASME chương II: Vật liệu

Phần A: Tiêu chuẩn cho vật liệu kim loại

Phần B: Tiêu chuẩn cho vật liệu phi kim loại

Phần C: Tiêu chuẩn kỹ thuật cho que hàn điện và dây hàn TIG

Phần D: Các thuộc tính.

 ASME chương III: Các nguyên tắc xây dựng các cấu kiện nhà máynăng lượng hạt nhân

 ASME chương IV: Quy tắc trong việc thi công lò hơi nhiệt

 ASME chương V: Kiểm tra không phá huỷ

 ASME chương VI: Đề xuất một số quy tắc cho việc vận hành và bảodưỡng lò hơi nhiệt

 ASME chương VII: Một số hướng dẫn được đề nghị cho việc bảodưỡng lò hơi năng lượng

 ASME chương VIII: Quy tắc cho việc thi công bình, bồn, bể áp lực

 ASME chương IX: Hàn và chứng chỉ hàn

 ASME chương X: Các bình áp lực chất dẻo được gia cường bằng sợi

 ASME chương XI: Các nguyên tắc cho việc kiểm tra trong quá trìnhvận hành các cấu kiện nhà máy năng lượng hạt nhân

 ASME chương XII: Các nguyên tắc chế tạo và tiếp tục sử dụng cho cácbồn chứa vận chuyển

Nồi hơi và bình áp lực

Chương 1: Các nồi hơi

Chương 4: Các nồi hơi

nhiệt

B31.4: Ống vận chuyển

hydrocarbon lỏng và chấtlỏng khác

ASME B16.11: Socket

thép rèn liên kết hàn vàphụ kiện liên kết ren

Chương 5: Kiểm tra không

ASME B16.9: Phụ kiện

thép hàn vát mép

Chương 6: Những quy

định được kiến nghị cho

quá trình hoạt động và bảo

dưỡng các nồi hơi nhiệt

B31.8: Ống truyền khí gas

và hệ thống đường ốngphân phối

ASME B16.28: Cút

ngắn hàn vát mép

Chương 7: Những quy

định được kiến nghị cho

việc bảo dưỡng nồi hơi

Chương 10: Bình áp suất

bằng chất dẻo gia cường

bọc sợi thuỷ tinh (FRP)

ASME B36.19: Ống thép

trắng

ASME B16.34: Mặt

bích và van thép hàn vátmép

Chương 11: Quy định về

kiểm tra trong khi vận hành

các cụm chi tiết trong nhà

máy điện hạt nhân

Bảng 1.1: Sơ đồ cấu trúc quy phạm ASME

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là kiểm tra không phá hủy hệ thống đường ốnggom hơi của công trình Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu, nên trọng tâm chính làchương 5 và chương 9 của bộ tiêu chuẩn ASME

Nội chung chương 5: Kiểm tra không phá hủy (NDT): Chương này trình bàynhững yêu cầu và các phương pháp kiểm tra không phá hủy mà được tham chiếu vàyêu cầu bởi các chương của quy phạm khác

Nội dung chương 9: Thẩm định mối hàn và chứng chỉ hàn: Chương này trìnhbày một số quy định liên quan đến sát hạch thợ hàn, thợ hàn thau và các nhân viênvận hành, để họ có thể thực hiện việc hàn và hàn thau theo như yêu cầu của cácphần quy phạm khác trong các nhà máy chế tạo các cụm chi tiết Chương này dùng

để đánh giá trình độ thợ hàn cũng như đề xuất một vài tiêu chuẩn đánh giá mối hàntrên các đường ống

2.2 Áp dụng quy chuẩn ASME

2.2.1 Các tiêu chuẩn áp dụng cho phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng(PT)

- ASME Sec VIII cho các thiết bị Lò hơi và bình áp lực: Div 1

- ASME Sec I trình bày các yêu cầu về các thiết bị lò hơi của Nhà máy Điện

- Tiêu chuẩn trong ASME Sec V về kiểm tra không phá hủy - ART6 (2007)

- Tiêu chuẩn ASME B31.1 áp dụng cho đường ống chịu áp (2007)

2.2.2 Các tiêu chuẩn áp dụng cho phương pháp kiểm tra bột từ

- ASME Boiler & Pressure Vessel Code Latest Edition and Addenda

- ASME Section V về kiểm tra không phá hủy - ART 7 (2007)

- ASME Section VIII, Phần 1

2.2.3 Các tiêu chuẩn áp dụng cho phương pháp chụp ảnh bức xạ

- ASME Sec I cho Lò hơi và bình áp lực, xuất bản năm 2010

- Chương trình đào tạo của Công ty cổ phần lắp máy và thí nghiệm cơ điện(EMETC)

- Quy trình an toàn bức xạ của công ty EMETC dựa trên các bộ luật về an toànbức xạ của địa phương và của quốc gia

- Kiểm tra kỹ thuật hàn dựa theo tiêu chuẩn ASME [2]

3 Cơ sở lý thuyết chụp ảnh phóng xạ

3.1 Nguyên lý của phương pháp chụp ảnh bằng nguồn phóng xạ (RT)

Nguyên lý chung của phương pháp chụp ảnh phóng xạ là một chùm tia gammarộng và đều vào đối tượng cần kiểm tra

Tùy thuộc vào độ dày, mật độ của các cấu trúc của đối tượng đó mà mức độsuy giảm của chùm tia phóng xạ sau khi truyền qua là khác nhau Nhờ sự khác nhaunày mà ta tạo được “ảnh hình chiếu” của các thành phần cấu trúc trong đối tượng

“Ảnh hình chiếu” được ghi nhận bằng một tấm thu nhận ảnh (detector hoặcphim) đặt ở phía sau sát đối tượng Sự phân bố cường độ của chùm tia sau khitruyền qua đối tượng bị thay đổi không đồng nhất tạo ra sự tương phản và tạo ra độđen khác nhau giữa các vùng trên tấm thu nhận ảnh

Sau khi xử lý tấm thu nhận ảnh, ta thu được ảnh ‘’hình chiếu’’ hay ‘’bóng’’của phần cấu trúc đối tượng được chiếu xạ

Hình 2.2: Nguyên lý của phương pháp chụp ảnh bức xạ

3.2 Tính chất tia gamma

3.2.1 Bản chất của bức xạ tia gamma

Bức xạ tia gamma là dạng bức xạ điện từ giống như ánh sáng nhưng chúng cóbước sóng ngắn hơn vài ngàn lần so với ánh sáng bình thường và có khả năngxuyên sâu rất mạnh

Bức xạ tia gamma có phổ gián đoạn, được phát ra từ bên trong hạt nhân củanguyên tử, khác với bức xạ tia X có phổ liên tục, được phát ra ở bên ngoài hạt nhân.Khả năng xuyên sâu của bức xạ tia gamma cũng cao hơn bức xạ tia X

3.2.2 Tính chất của bức xạ tia gamma

Bức xạ tia gamma có cùng một bản chất đó là bức xạ sóng điện từ, những tínhchất tia gamma được trình bày tóm tắt dưới đây:

 Không thể nhìn thấy

 Không thể cảm nhận được chúng bằng các giác quan của con người

 Làm phát quang các chất huỳnh quang

 Trong không khí, truyền đi với một vận tốc bằng với vận tốc ánh sáng

 Gây nguy hại cho tế bào sống

 Gây ra sự ion hóa, chúng có thể tách các electron ra khỏi các nguyên tửkhí để tạo ra các ion dương và ion âm

 Truyền theo một đường thẳng, là dạng bức xạ sóng điện từ nên cũng cóthể bị phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ

 Trong không khí, cường độ tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bìnhphương khoảng cách.

 Có tính đâm xuyên cao Độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lượng củabức xạ, mật độ, bề dày của vật liệu Một chùm bức xạ tia X hoặc tiagamma đơn năng tuân theo định luật hấp thụ:

 Tác động lên lớp nhũ tương phim ảnh và làm đen phim ảnh

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

3.2.3 Quá trình tương tác bức xạ với vật chất

Đối với kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ, tương tác quan trọng nhất giữa tia bức xạvới vật chất là hiện tượng hấp thụ bức xạ Một chùm tia gamma khi đi vào một chấtnào đó sẽ bị suy giảm cường độ Hiện tượng này gọi là sự hấp thụ tia bức xạ của vậtchất Ngoài ra, còn có hai hiệu ứng quan trọng xảy ra trong quá trình tương tác củabức xạ với vật chất ảnh hưởng đến ứng dụng chụp ảnh phóng xạ

a Hiệu ứng quang điện

Khi tương tác quang điện với nguyên tử chất hấp thụ, lượng tử (photon) cónăng lượng tương đối thấp (nhỏ hơn 115KeV) truyền toàn bộ năng lượng choelectron ở lớp trong, thường là lớp K Do nhận được năng lượng bằng hiệu số giữanăng lượng lượng tử với năng lượng liên kết trong nguyên tử, electron bị bứt ra khỏinguyên tử

Electron này được gọi là photoelectron (điện tử quang) và dịch chuyển trongchất hấp thụ gây ra ion hòa thứ cấp và kích thích Khi liên kết giữa các electroncàng bền vững thì hiệu ứng quang điện càng mạnh Hiệu ứng quang điện hầu nhưchỉ xảy ra trong các nguyên tử lượng có nguyên tử số cao, vì vậy chì được dùng làm

chất che chắn tốt đối với lượng tử năng lượng thấp Hệ số tương tác tuyến tínhquang điện là τ tỉ lệ với số Z và năng lượng E.

Hình 2.3: Cơ chế của hiệu ứng quang điện

b Hiệu ứng Compton

Khi năng lượng tia bức xạ lớn hơn 115 keV, quá trình hấp thụ bức xạ xảy rachủ yếu do hiệu ứng Compton Photon của bức xạ tới truyền một phần năng lượngcủa mình cho điện tử làm cho điện bị bật ra và chuyển động với tốc độ nào đó trongkhi chính bản thân photon bị lệch hướng một góc và năng lượng bị giảm đi (hay làbước sóng tăng lên).Trong một số trường hợp, khi các hạt photon không có đủ nănglượng để đánh bật điện tử ra khỏi quỹ đạo, các photon chỉ bị lệch hướng mà không

bị suy giảm năng lượng Như vậy hiệu ứng Compton bao gồm hai hiện tượng là hấpthụ Compton (năng lượng của bức xạ suy giảm sau hiệu ứng) và tán xạ Rayleigh(năng lượng của bức xạ không suy giảm sau hiệu ứng)

Hiệu ứng Compton xảy ra chủ yếu với các điện tử tự do và các điện tử lớpngoài cùng liên kết yếu hơn bởi vì những điện tử này thực sự được coi như tự do đốivới photon năng lượng cao Xác suất của hiệu ứng Compton tăng tuyến tính vớinguyên tử số (Z) và giảm chậm khi tăng năng lượng tia bức xạ Đối với những nănglượng của tia bức xạ sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ (năng lượng cỡ trung bình)thì hiệu ứng Compton là quá trình làm suy giảm năng lượng bức xạ quan trọng nhất

Hình 2.4: Cơ chế của hiệu ứng Compton

3.2.4 Hệ số hấp thụ

Khi đi xuyên qua một lớp vật chất, các tia X hay tia gamma bị suy giảm cường

độ và năng lượng do ba hiệu ứng đã trình bày ở trên

Giả thiết có một lát mỏng của mẫu, chiều dày “x”, chiếu một chùm bức xạ đơnnăng (chỉ có một mức năng lượng) song song với mẫu theo hướng thẳng góc

Nếu cường độ của bức xạ tới là Io và I là cường độ của bức xạ đã truyền quamẫu:

vị là cm-1 Giá trị 1/ đôi khi được gọi là quãng chạy tự do trung bình của photon.Tích số.x = 1 được gọi là “một chiều dài phục hồi”

x

Chiều dày một nửa (HVL)

 Chiều dày một nửa của một vật liệu là độ dày của vật liệu đó để khibức xạ truyền qua thì cường độ bức xạ giảm đi 2 lần

 Chiều dày một nửa đặc trưng cho khả năng hấp thụ hoặc che chắn bức

xạ của một loại vật liệu ứng với bức xạ có năng lượng xác định Giá trịchiều dày một nửa có thể tính thông qua phương trình hấp thụ ở trên:

I = Io.exp(-.x)Thay: I = Io/2 và x=HVL vào phương trình hấp thụ ta được: HVL = 0,693/

Đôi khi người ta cũng sử dụng “chiều dày giảm 10 lần” (TVL), được địnhnghĩa là chiều dày của lớp vật liệu làm giảm cường độ bức xạ đi 10 lần Nếu thay I

= Io/10 và x=TVL vào phương trình hấp thụ ta được: TVL = 2,30/

Nguồn được chứa trong một vỏ bọc kim loại kín và đặt trong một containerđặc biệt gọi là các đầu chiếu Các container thường chế tạo từ các kim loại có khảnăng hấp thụ bức xạ tốt như chì, tungsten hoặc uranium nghèo để giảm cường độbức xạ phát ra xuống đến mức cho phép khi không sử dụng.Các đầu chiếu bức xạgamma trên thị trường thiết kế theo một vài dạng thích hợp với nhiều ứng dụngkhác nhau Dưới đây là thiết kế phổ dụng trong công nghiệp