xây dựng bài thực tập phương pháp chụp x –ray trong xác định tính chất vật liệu

BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG BÀI THỰC TẬP PHƯƠNG PHÁP CHỤP X –RAY TRONG XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VẬT LIỆU Mã số: Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Mai Bảo Thy Tp Hồ Chí Minh, Tháng 03/Năm 2018 BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG BÀI THỰC TẬP PHƯƠNG PHÁP CHỤP X –RAY TRONG XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VẬT LIỆU Mã số: Tp Hồ Chí Minh, Tháng 03/Năm 2018 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NCKH Nguyễn Mai Bảo Thy – Đơn vị công tác: BM Vật Lý – Khoa KHCB – Trường Đại học Y Dược TP Hồ Chí Minh MỤC LỤC I Giới thiệu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Cơ sở lý thuyết 1.2.1 Cách tạo tia X 1.2.1.1 Ống Rơnghen 1.2.1.2 Ống Coolidge 1.2.2 Bản chất tia X79 1.2.3 Tính chất tia X 1.2.4 Ứng dụng tia X 10 II Thiết bị - Phương pháp thực nghiệm 2.1 Thiết bị 11 2.2 Phương pháp thực nghiệm 14 2.2.1 Thí nghiệm 14 2.2.2 Thí nghiệm 15 2.2.3 Thí nghiệm 16 2.2.4 Thí nghiệm 17 III Kết - Thảo luận 3.1 Dò tia X cách sử dụng phát huỳnh quang 22 3.2 Sử dụng tia X để xem cấu trúc bên vật thể 25 3.3 Khảo sát ảnh hương môi trường tương phản việc hấp thụ tia X 26 3.4 Phát tia X cách sử dụng buồng ion hóa 28 IV Kết luận – Hướng phát triển 34 XÂY DỰNG BÀI THỰC TẬP PHƯƠNG PHÁP CHỤP X –RAY TRONG XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VẬT LIẸU Tóm tắt: Trong đề tài này, sử dụng thiết bị X – Ray hiệu LEYBOLD để nghiên cứu tia X điều kiện thực tế Với tính chất đâm xuyên mạnh, xạ tia X có khả xuyên qua vật thể, nên trước tiên, nghiên cứu cách dị tia X Sau tiến hành thí nghiệm để tìm hiểu suy giảm tia X điều kiện khác Tìm hiểu chất tạo môi trường tương phản ảnh hưởng môi trường tương phản sừ hấp thụ tia X Cuối cách phát Xquang cách sử dụng buồng ion hóa Tổng hợp kiến thức thu từ thực nghiệm xây dựng thực tập “PHƯƠNG PHÁP CHỤP X – RAY TRONG XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VẬT LIỆU” nhằm đáp ứng yêu cầu cải thiện, đổi phương pháp giảng dạy sinh viên ngành Y – Dược giai đoạn I Giới thiệu 1.1 Đặt vấn đề Như biết, tia X sử dụng rộng rãi y khoa để thăm dị chẩn đốn cấu trúc bên thể người mà mắt thường thấy Được phát vào năm 1895 nhà bác học Wilhelm Conrad Röntgen, tia X hay tia Röntgen sớm phát triển để sử dụng cho chụp hình y tế Khoa X quang lĩnh vực chuyên biệt y tế sử dụng ảnh tia X kĩ thuật khác để chẩn đoán bệnh hình ảnh nên cịn gọi Khoa chẩn đốn hình ảnh Qua trăm năm, với phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật, nhiều phương pháp tạo ảnh tiên tiến hơn, đại phát minh ứng dụng y khoa, nhiên X-ray phương pháp sử dụng chẩn đoán bước đầu, phục vụ đắc lực cho việc điều trị bệnh Chính lẽ đề tài chúng tơi chọn nghiên cứu tia X điều kiện thực tế tổng hợp kiến thức nghiên cứu để xây dựng thực tập nhằm giúp sinh viên tiếp cận sớm với kĩ thuật hữu dụng chẩn đoán 1.2 Cơ sở lý thuyết Năm 1895, cho ống tia catốt hoạt động, Rơn-ghen nhận thấy từ vỏ thủy tinh đối diện với catốt có xạ khơng thấy phóng Bức xạ tác dụng lên kính ảnh vốn gói kín đặt hộp kín Ơng gọi loại xạ tia X Ngày nay, người ta gọi tia Rơn-ghen Kết luận rút từ thí nghiệm Rơn-ghen là: Mỗi chùm tia catốt - tức chùm electron có lượng lớn - đập vào vật rắn vật phát tia X 1.2.1 Cách tạo tia X: Ngày trước, người ta tạo tia X ống Rơn-ghen, sau người ta dùng ống Coolidge 1.2.1.1 Ống Rơn-ghen: Hình: Ống Rơn – ghen Cấu tạo: Ống Rơn-ghen bình cầu (chứa khí áp suất thấp - gọi khí kém) bên có điện cực:  Catốt có dạng chõm cầu có tác dụng làm electron bật tập trung tâm bình cầu  Anốt điện cực dương phía đối diện với catốt thành bình bên  Đối catốt điện cực (thường nối với anốt) Ở bề mặt đối catốt kim loại có nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy Hoạt động: Đặt vào anốt catốt hiệu điện khơng đổi (khoảng vài chục kV) electron bứt từ catốt tăng tốc mạnh Khi đập vào đối âm cực, electron bị đột ngột hãm lại làm phát tia X Người ta gọi tia X xạ hãm Hình: Cấu tạo ống phát tia X 1.2.1.2 Ống Coolidge Hình: Ống Coolidge Cấu tạo: Ban đầu, ống Cooligde có dạng bình hình cầu bên chân khơng có điện cực:  Catốt chõm cầu có tác dụng làm tập trung electron phía tâm bình cầu  Một dây tim để nung nóng catốt.(để catốt phát electron) cấp điện nhờ nguồn điện riêng  Anốt điện cực dương Bề mặt anốt lớp kim loại có nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy Để giải nhiệt cho anốt người ta cho dòng nước chảy luồn bên anốt nhờ ống nhỏ Hoạt động Khi đặt hiệu điện (xoay chiều chiều) vào hai cực ống Coolidge electron tăng tốc mạnh đến đập vào anốt, xuyên sâu vào lớp vỏ nguyên tử chất làm anốt, tương tác với lớp electron lớp làm phát tia X Hiệu điện hai cực ống Cooldge từ vài chục kV đến khoảng 120 kV Hiện người ta chế tạo loại ống tia X có hình dạng khác dù nguyên tắc giống ống Coolidge lúc đầu Trong nha khoa: Hình: Ống Coolidge sử dụng nha khoa Trong máy chụp X quang thông thường: Hình: Ống Coolidge Trong máy CT CAT: 1.2.2 Bản chất tia X: Tia X dạng xạ điện từ mà mắt khơng nhìn thấy Hầu hết loại tia X có bước sóng ngắn bước sóng tia tử ngoại lớn bước sóng tia gamma Bước sóng tia X có giá trị từ 10 - 11m đến 10 - m (tức từ 0,01 nm đến khoảng vài nm) Tia X chia làm hai loại: tia X cứng tia X mềm  Những tia X có bước sóng từ 0,01 nm đến 0,1 nm có tính đâm xun mạnh nên gọi tia X cứng Do có khả đâm xuyên, tia X cứng sử dụng rộng rãi để nhìn thấy hình ảnh bên vật thể, thường dùng để chụp X quang y tế kiểm tra hành lý an ninh sân bay Thuật ngữ Xquang sử dụng để hình ảnh tạo tia X Vì bước sóng tia X cứng tương đương với kích thước nguyên tử, hữu ích để xác định cấu trúc tinh thể tinh thể học tia X  Những tia X có bước sóng từ 0,1 nm đến khoảng vài nm có tính đâm xun yếu gọi tia X mềm Tia X mềm bị hấp thụ dễ dàng khơng khí; độ dài suy giảm khoảng 600 eV (~ nm) Các tia X mơi trường nước nhỏ micromet 1.2.3 Tính chất tia X: Các photon tia X mang đủ lượng ion hóa nguyên tử phá vỡ liên kết phân tử Điều làm cho trở thành loại xạ ion hố, gây hại cho mô sống thể Liều xạ cao khoảng thời gian ngắn gây bệnh nhiễm xạ, liều thấp làm tăng nguy ung thư xạ trị chụp X-quang y tế có nguy làm tăng bị ung thư có nhiều lợi ích việc kiểm tra Khả ion hố tia X sử dụng điều trị ung thư để diệt tế bào ác tính cách sử dụng phương pháp xạ trị Nó sử dụng để xác định đặc tính vật liệu cách sử dụng quang phổ tia X Tia X có bước sóng ngắn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy, đượccấu trúc nhỏ nhiều so với nhìn thấy kính hiển vi bình thường Điều sử dụng kính hiển vi X-quang để có hình ảnh có độ phân giải cao xác định vị trí nguyên tử tinh thể Các tia X cực mạnh qua vật thể dày mà không bị hấp thu phân tán nhiều Vì lý này, tia X sử dụng rộng rãi để thu hình ảnh bên đối tượng bọc kín Các ứng dụng thường thấy chụp X quang y tế máy quét an ninh sân bay, kỹ thuật tương tự quan trọng cơng nghiệp (ví dụ chụp X quang công nghiệp CT công nghiệp) nghiên cứu (ví dụ CT động vật nhỏ) Độ sâu thâm nhập thay đổi theo vài bậc độ lớn so với phổ tia X Điều cho phép điều chỉnh lượng photon cho ứng dụng để truyền tải đầy đủ thơng qua đối tượng đồng thời có độ tương phản tốt hình ảnh 1.2.4 Ứng dụng tia X  Dùng để chụp điện, chiếu điện  Dùng để dị tìm vết nứt bên sản phẩm đúc  Dùng kiểm tra hành lý sân bay 10 Hình: Thí nghiệm: Phát tia X cách sử dụng buồng ion hóa Kiểm tra buồng thí nghiệm phải trống Tháo bỏ che huỳnh quang Đặt bảng tụ vào buồng thí nghiệm, cắm dây nối bảng tụ với buồng Lắp mạch hình vẽ Bật nguồn bắt đầu với thí nghiệm nhỏ 20 Hình: Cách lắp đặt thí nghiệm đo dịng ion hóa bảng tụ Hình: Cách nối bảng tụ với khuếch đo dịng ion hóa a Khảo sát phụ thuộc dịng ion hóa IC theo điện tụ UC Thiết lập dòng phát I = 1.0 mA Đặt điện ống U = 15 Tăng tụ UC từ 0V đến 300V xác định dịng ion hóa IC giá trị từ điện áp UE ngõ khuếch đại điện kế: 21 Ghi lại kết đo Tăng điện ống từ kV lên 35 kV, lặp lại loạt đo cho bước viết kết b Khảo sát phụ thuộc dòng bão hòa IC với dòng phát I: Thiết lập ống U = 35kV Đặt điện tụ UC ≥ 140V để dẫn đến giá trị bão hòa dòng ion hóa IC Tăng dịng phát từ đến 1.0 mA, xác định dịng ion hóa IC tương ứng Viết kết c Khảo sát phụ thuộc dòng bão hòa IC với ống U Thiết lập dòng phát I = 1.0 mA Đặt điện tụ UC ≥ 140V Tăng điện ống từ 5kV đến 35kV, xác định dịng ion hóa IC tương ứng Viết kết III Kết - thảo luận: 3.1 Dò tia X cách sử dụng màng phát huỳnh quang a Dò tia X cách sử dụng màng phát huỳnh quang Sự phát huỳnh quang tượng phát sáng xảy vật liệu chúng tiếp xúc với ánh sáng, tia X hay hạt phóng xạ Năng lượng xạ tới sử dụng để kích thích ion hóa ngun tử phân tử; chúng trở trạng thái bản, phần lượng giải phóng dạng ánh sáng khả kiến Quá trình chuyển đổi nhanh (