1.3.3. Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số xác định chiều dày kim loại và ăn mòn vật liệu. [5,8]
Có hai phương pháp xác định chiều dày kim loại:
- Xác định bằng chụp ảnh phóng xạ tạo bóng
- Xác định bằng sự thay đổi vùng chiều dày thông qua thay đổi vùng độ đen (giá trị sám trong ảnh số)
Dưới đây là đặc trưng kỹ thuật cụ thể:
1.3.3.1. Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ tạo bóng Ngun lý thực hiện:
Hình 1.17 Ngun lý chụp ảnh phóng xạ tạo bóng
Hình ảnh của thành và các chỉ thị đi kèm cạnh thành sẽ được phóng đại và hiện trên phim, các giá trị này sẽ được đo đạc và đáng giá trên mặt cắt phim phần chùm tia chiếu vng góc với mẫu vật.
Phương pháp này thích hợp với các ống nhỏ, và việc kiểm sốt xác suất. Nhược điểm chính của phương pháp này:
- Chỉ quan sát và đánh giá được trong vùng hẹp, với một mặt cắt ống vì thế việc đánh giá là rất hạn chế
- Phương pháp này ít được hỗ trợ từ phương tiện vì thế phụ thuộc rất nhiều vào người thực hiện.
- Trong quá trình thực hiện, nếu nhà máy đang ở trạn thái hoạt động thì nền độ đen cơ sở bị ảnh hưởng của thơng lượng dịng vận chuyển trong ống vì thế không thể quan sát được.
- Liều chiếu rất lớn khi chiều dày ống tăng, dẫn đến giá trị chiều dày xuyên tia tăng nhanh, dưới đây là bản thống kê do các chuyên gia ở Viện BAM đưa ra.
Hình 1.18:
- Phải sử dụng năng lượng cao khi đường kính ống và hoặc chiều dày tăng.
1.3.3.2. Kỹ thuật xác định bằng 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)
Hình 1.19: Nguyên lý của kỹ thuật so sánh độ đen (mức xám) trên phim
Khi chiếu chùm bức xạ gamma (tia X) tới mẫu vật theo cấu hình được bố trí ở trên, nếu có sự thay đổi chiều dày Δw dẫn đến thay đổi độ đen trên phim so với vùng bên cạnh.
Theo định luật hấp thụ của chùm tia gamma đi qua vật chất, hệ số hấp thụ hiệu dụng sẽ được xác dịnh thông qua giá trị thay đổi độ đen ( mức xám) trên phim. Nếu sử dụng hai chiều dày đã biết trước chiều dày ta có thể tính được µeff (hệ số hấp thụ hiệu dụng):
µeff = ln( Dref/DIQI)/ΔwIQI Từ đó tính được:
Δw = ln(Dref/Dmess)/ µeff Trong đó:
Δw: chiều dày tăng lên hoặc giảm đi
Dref: Độ đen vùng so sánh tương đương với chiều dày vùng vật liệu so sánh.
DIQI: Độ đen vùng đặt nêm chuẩn kích thước. Dmess: Độ đen vùng chiều dày vât liệu cần đo.
Kỹ thuật này các thông số đo đạc được thực hiện trong cùng một điều kiện và cho kết quả không chỉ trên một mặt cắt, vùng quan sát và đánh giá được mở rộng, khắc phục được phần lớn các yếu điểm của kỹ thuật tạo bóng.
Hình 1.20 Xác định chiều dày bằng phần mềm Isee
1.3.4. Liều chiếu và an toàn bức xạ trong chụp ảnh phóng xạ. [1]
1.3.4.1. Định nghĩa liều chiếu
Về mặt tốn học, liếu chiếu có thể được định nghĩa là E = I * t, trong đó E là liều chiếu, I là cường độ bức xạ, t là thời gian mà vật được chiếu bởi bức xạ. Liều chiếu được đo bằng Roentgen (R).
Về phép chiếu xạ chụp ảnh liều chiếu được xem như là sự kết hợp của cường độ nguồn và thời gian để sao cho phim được chiếu xạ thích hợp. Nên liều chiếu ứng với mỗi trường hợp khác nhau:
- Đối với máy phát tia X:
Liều chiếu = Dịng phóng (mA) * thời gian (second) - Đối với tia gamma:
Liều chiếu = Hoạt độ (Ci) * thời gian (giờ)
1.3.4.2. Các phương pháp xác định liều chiếu
Việc xác định liều chiếu thích hợp đối với một mẫu vật cụ thể là rất cần thiết để tiết kiệm thời gian, lao động và các vật tư thiết bị mà vẫn cho ra những ảnh chụp đạt yêu cầu. Có một số phương pháp xác định liều chiếu như sau:
a) So sánh với các số liệu đã có trước
Các kết quả xác định trong những lần đo trước chúng ta ghi chép thành bảng sẵn và nếu cần chúng ta có thể sử dụng ngay bảng đã có sẵn để so sánh mà khơng cần phải tính tốn. Chú ý chỉ áp dụng với những trường hợp tương tự nhau.
Đường đặc trưng của phim là đường cong đã được xây dựng trước cho mỗi một máy phát hoặc nguồn đối với một loại vật liệu cụ thể để đạt được độ đen theo yêu cầu (thường là D = 2,0). Nguyên lý này như sau: Gọi liều chiếu thử là Et, cho độ đen là Dt và độ đen yêu cầu nhận được phải là Dr, Ect là liều chiếu tương ứng với độ đen Dt, Ecr là liều chiếu tương ứng với độ đen Dr. Các giá trị độ đen đọc được trên đường đặc trưng của phim (hình 4.1) và liều chiếu E được xác định để thu được độ đen yêu cầu là:
ct cr t E E E E = (4.1) Hay ct cr t E E E E = (4.2)
1.3.4.3. Phương pháp giản đồ liều chiếu [1]
Giản đồ liều chiếu tức là mô tả mối quan hệ giữa thời gian chiếu với bề dày vật liệu ở một giá trị cường độ, điện áp, khoảng cách Sfd và các điều kiện xử
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 41
1,4 1,5 0,5 1,0 2,0 50 0 10 0 100 0 15 0 20 0 10 50 Đ ộ đe n
Liều chiếu tương đốiEct Ecr 0,0
2.5
Hình 1.21: Đường đặc trưng đối với một loại phim nhất
lý phim để đạt được giá trị độ đen nào đó (ví dụ D = 2,0) đối với từng loại phim cụ thể. Một giản đồ chiếu thường được xây dựng cho một máy phát tia X hoặc một nguồn gamma đối với một loại vật liệu cụ thể, các phương pháp chuẩn bị giản đồ cũng khác nhau.
Khi xây dựng giản đồ chiếu phải ghi chú rõ những thông tin cần thiết như: Loại máy, loại phim, độ đen phim, quy trình xử lý phim (loại thuốc hiện, thời gian hiện, nhiệt độ của thuốc hiện), loại vật liệu, loại màng tăng cường (nếu có), khoảng cách từ nguồn tới phim
Hình 1.22 Là giản đồ chiếu cho máy phát tia X,SMART-300 dùng cho chụp vật liệu thép ở các giá trị cao áp khác nhau.
Một trong những phương pháp xây dựng giản đồ chiếu đó là phương pháp sử dụng một nêm dạng bậc làm từ vật liệu cần thiết ứng dụng trong thực tế, nêm có dải bề dày phù hợp với từng loại tia X hoặc gamma. Ví dụ: Đối với loại tia X 150kV một nêm bằng thép với các bậc là 2,0mm và bề dày lớn nhất cỡ 4,0cm là
phù hợp, một nêm dạng bậc bằng nhôm với các bậc dày 5,0mm và bề dày lớn nhất là 8,0mm cũng là phù hợp. Việc chụp ảnh phóng xạ nêm dạng bậc bằng thép được tiến hành ở những vùng khác nhau của các đường trên giản đồ liều chiếu phải được lựa chọn phù hợp để thu được phổ độ đen đầy đủ trên ảnh phóng xạ và việc tráng rửa phim phải nghiêm khắc tuân theo quy trình chuẩn mới thu được giản đồ chiếu chính xác.
Ở đây, việc đo độ đen của những bậc khác nhau được thực hiện trên máy đo độ đen và được xếp theo các bề dày bậc tương ứng. Mỗi giá trị cao áp sẽ ghi kết quả vào một bảng. Các liều chiếu được vẽ theo từng bề dày tương ứng với mỗi giá trị cao áp để thu được một đường giản đồ chiếu. Tập hợp tất cả các đường giản đồ ở các giá trị cao áp khác nhau sẽ thu được một giản đồ chiếu tổng thể với một loại vật liệu cho từng máy phát tia X hoặc nguồn gamma cụ thể.
Dải liều chiếu là giá trị liều chiếu cần thiết để phim chụp đạt được độ đen nằm trong dải chấp nhận, ví dụ trong chụp ảnh phóng xạ cơng nghiệp một ảnh tốt có dải độ đen là 1,5 đến 3,3 và có thể thay đổi (chẳng hạn 1,7 đến 3,5) tùy thuộc vào độ sáng của đèn đọc phim. Một liều chiếu để ảnh chụp có độ đen thấp hơn 1,5 gọi là một liều chiếu không đủ ngược lại liều chiếu cho độ đen cao hơn 3,3 gọi là chiếu quá liều.
1.3.4.4. An toàn bức xạ [1]
Sự nguy hiểm của bức xạ khi các nhân viên vận hành chiếu xạ trong quá trình chụp ảnh phóng xạ có thể gây nguy hại cho các mơ của cơ thể. Do đó nó địi hỏi sự hiểu biết về an tồn phóng xạ, sự vận hành chính xác và thái độ nghiêm túc cao của nhân viên trong q trình làm việc. Mục đích cơ bản về hiểu biết an toàn bức xạ là đảm bảo an toàn cho bản thân, những người xung quanh và duy trì sức khỏe cho nhân viên sau khi làm việc.
Giới hạn sự chiếu xạ
Dựa vào những nghiên cứu khác nhau, Ủy ban quốc tế về bảo vệ chống bức xạ đã đưa ra các yêu cầu sau:
Chỉ được tiếp xúc với bức xạ khi cần thiết.
Giảm liều chiếu tới mức thấp nhất có thể chấp nhận được.
Liều giới hạn cho nhân viên bức xạ (trong trường hợp bình thường): Liều hiệu dụng trong 1 năm (lấy trung bình trong 5 năm liên tiếp) khơng vượt q 20mSv, trong từng năm riêng lẻ khơng vượt q 50mSv; điều này có nghĩa là liều hiệu dụng cho từng giờ làm việc có tiếp xúc với nguồn của nhân viên bức xạ là 10μSv/h;liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt không vượt quá 150mSv/ năm; liều tương đương đối với tay, chân và da không vượt quá 500mSv/ năm.
Liều giới hạn cho nhân viên bức xạ trong trường hợp khắc phục tai nạn sự cố (ngoại trừ hành động cứu mạng): Dưới 2 lần mức liều giới hạn năm (dưới 40mSv).
Liều giới hạn cho nhân viên bức xạ trong trường hợp khắc phục tai nạn sự cố (tính đến hành động cứu mạng): Dưới 10 lần mức liều giới hạn năm (dưới 200mSv), có thể nhận liều xấp xỉ hoặc vượt quá 10 lần mức liều giới hạn năm ( ≥200mSv) nhưng chỉ áp dụng nếu lợi ích đem lại cho người khác lớn hơn hẳn so với nguy hiểm riêng của chính mình.
Liều giới hạn đối với người học viên trẻ và sinh viên (từ 16 đến 18 tuổi): Liều hiệu dụng là 6mSv/ năm; liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt là 50mSv/ năm; liều tương đương đối với tay, chân và da: 150mSv/ năm.
Liều giới hạn đối với dân chúng: Liều hiệu dụng là 1mSv/ năm; liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt là 15mSv/ năm; liều tương đương đối với da
lớn là 5mSv và trẻ em là 1mSv trong suốt thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị.
Liều tương đương cá nhân khi có sự cố: Có thể cho phép chịu tới 2 lần liều trong một vụ việc nhưng sau đó phải giảm liều sao cho sau 5 năm tổng liều tích lũy lại phù hợp với cơng thức D = 20*(N - 18); trong đó D là liều chiếu tính bằng mSv, N là tuổi tính bằng năm.
a) Các ph ươ ng pháp ki ểm soát sự chiếu xạ
Khi chụp ảnh phương pháp kiểm sốt sự chiếu xạ là một u cầu khơng thể bỏ qua và sau đây là 3 cách cơ bản :
• Thời gian: Khơng ở gần nguồn bức xạ lâu hơn một chút nào nếu không cần thiết. Giảm thời gian tiếp xúc bằng cách thao tác chính xác, đúng quy trình kỹ thuật, tuân thủ quy tắc an tồn.
• Khoảng cách: Ở khoảng cách xa nguồn nhất có thể được. Sự suy giảm cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên khi lắp đặt thiết bị và thủ tục vận hành phải tính đến thơng số này.
• Sự che chắn bảo vệ: Một phương pháp quan trọng để giảm liều là đặt tấm chắn bảo vệ giữa nguồn và người vận hành. Dùng vật liệu có mật độ khối cao để che chắn tia X và gamma như sắt, chì, bêtơng hay uran nghèo v.v..
b) Kiểm soát bức xạ
Kiểm soát bức xạ là cần thiết nhằm tránh rủi ro bao gồm: Kiểm tra khu vực thực nghiệm và đo liều cá nhân. Kiểm tra khu vực có thể bằng các máy đo lắp đặt trước hay máy đo liều xách tay. Kiểm tra liều cá nhân bằng cách đo liều nhận được trong suốt thời gian tiến hành công việc.
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1 Thiết kế và chế tạo mẫu đối chứng
Mẫu đối chứng là ống thép có bề dày thay đổi , được khoan các lỗ và có đường kính ngồi là 140 mm theo bảng 2.1
Bảng2.1: Mô tả mẫu đối chứng Bậc Chiều dày một thành (mm) Đường kính lỗ (mm) Chiều sâu lỗ 20% (mm) Chiều sâu lỗ 5% (mm) OH0 24.0 9.4 4.8 1.20 OH1 21.5 8.6 4.3 1.08 OH2 19.5 7.4 3.7 0.93 OH3 16.0 6.4 3.2 0.80 OH4 13.0 5.2 2.6 0.65 OH5 10.0 4.0 2.0 0.50 OH6 7.5 3.0 1.5 0.38 OH7 5.0 2.0 1.0 0.25
Chi tiết xem 2.1
2.2 Các thiết bị bố trí trong thực nghiệm 2.2.1 Máy phát tia X
Phần thực nghiệm sử dụng máy phát tia X Smart-300 do Xylon của Đức sản xuất:
Nguồn nuôi 220V,50Hz
Cao áp ống phóng:100 – 300kV Dịng phát tối ưu:3mA
Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mẫu đối chứng
2.2.2 Máy quét ảnh Scan CR-35
Hình 2.2: Máy quét ảnh Scan CR-35
2.2.3 Phần mềm xử lý ảnh Isee
Hình 2.3: Giao diện phần mềm Isee V1.10.
Phần mềm Isee V1.10 là bộ phần mềm dùng để xử lý ảnh chụp phóng xạ số, được phát để sử dụng và phát triển từ Viện Nghiên Cứu BAM – Đức.
Đây là bộ phần mềm phát triển những ứng dụng cơ bản, phi thương mại vì vậy, tính năng khá nhiều nhưng khơng đủ mạnh như các phần mềm thương mại, đồng thời chưa tuân thủ chuẩn truy xuất hình ảnh ICONDE hoặc INCONDE, tuy nhiên để dùng cho mục đích làm quen và nghiên cứu thì phần mềm này khá dễ tiếp cận.
- Nhóm tính năng tối ưu hóa ảnh:
Hình 2.4: Tối ưu hóa quan sát và tối ưu hóa giá trịTối ưu hóa khả năng quan sát Tối ưu hóa khả năng quan sát
Tối ưu hóa vùng quan sát Bộ lọc nhiễu: + Lọc theo hàm + Lọc ma trận biến đổi + Lọc cao + Lọc thấp + Lọc ảnh nổi… Chuyển đổi dạng ảnh
Hình 2.5 Filter Low pass - Nhóm tính năng chuẩn kích thước và đo đạc kích thước: Chuẩn thang đo:
Đo kích thước: Đo khoảng cách, đo đường kính và đo diện tích vùng chỉ thị:
Hình 2.7 Xác định đường kính, vùng và chiều dài khuyết tật bằng Isee V1.10 Xác định chiều dày, đường kính qua thành ống
Hình 2.8: Xác định đường kính ống, chiều dày thành bằng Isee V1.10
Hình 2.10: Kiểm tra đường ống bằng chụp ảnh xuyên qua hai thành ống.
a) Ảnh đơn qua hai thành; b) Ảnh kép qua hai thành; c)
S S S F F F (a ) (b ) (c )
Nhóm xác định độ chênh lệch giá trị xám từ đó ngoại suy độ ăn mịn vật liệu:
Hình 2.9 Xác định độ ăn mịn của thành ống trên mẫu chuẩn đối chứng
2.3 Bố trí hình học
2.4 Thực hành
* Bề dày trung bình mẫu ống có bề dày thay đổi: 29 mm * Dùng giản đồ chiếu xác định các thông số chiếu như sau
Điện áp: 200 Kv
Dòng điện: 3mA
Thời gian chiếu: 60 s * Quét ảnh
Hình 2.11: Quét ảnh
Hình 2.12: Xử lý ảnh
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
Sau khi xử lý ảnh bằng Isee V 1.10 ta thu được số liệu sau:
3.1: Xác định đường kính lỗ Bảng 3.1: Đường kính của các lỗ Lần 1 (mm) Lần 2 (mm) Lần3 (mm) Lần 4 (mm) Trung bình Sai số phương pháp Sai số tương đối (%) Kích thước thiết kế Độ lệch OH0 9.53 9.62 9.57 9.16 9.470 0 0.2099 2.23 9.4 0.0300 OH1 8.72 8.75 8.59 8.44 8.625 0.1415 1.65 8.6 0.0250 OH2 7.54 7.38 7.32 7.36 7.400 0 0.0966 1.31 7.4 0.0000