Tải bản đầy đủ

XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ CHIẾU PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT SỬ DỤNG PHIM D7 CHO VẬT LIỆU NHÔM TRÊN MÁY PHÁT TIA X RIGAKU-200EGM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

PHẠM HẢI ĐỘ

XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ CHIẾU PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT SỬ DỤNG
PHIM D7 CHO VẬT LIỆU NHÔM TRÊN MÁY PHÁT TIA X
RIGAKU-200EGM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƢ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

LÂM ĐỒNG, 2017

i


TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

PHẠM HẢI ĐỘ – 1310524


XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ CHIẾU PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT SỬ DỤNG
PHIM D7 CHO VẬT LIỆU NHÔM TRÊN MÁY PHÁT TIA X
RIGAKU-200EGM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƢ KỸ THUẬT HẠT NHÂN

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN:
THS. PHẠM XUÂN HẢI

KHÓA 2013-2018

ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

iii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
............................................................................................................................
............................................................................................................................


............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................
............................................................................................................................

iv


LỜI CẢM ƠN
Bài luận văn này một sự khởi đầu mới cho học viên tiếp cận gần hơn đến
thực nghiệm ứng dụng của ngành Kỹ thuật Hạt Nhân trong Công Nghiệp, giúp sinh
viên củng cố nhiều kiến thức bổ ích trong con đƣờng học tập từ đây về sau này. Để
có thể hoàn thành khóa luận này tôi xin trân thành cảm ơn:
Lời đầu tiên,tôi xin trân thành cảm ơn sâu sắc đến ThS. Phạm Xuân Hải đã
tận tình bỏ thời gian, công sức giúp đỡ hƣớng dẫn tôi để có thể hoàn thành khóa
luận này.
Đồng thời xin trân trọng cảm ơn các quý thầy cô khoa Kỹ thuật Hạt nhântrƣờng Đại Học Đà Lạt đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong những
năm theo học.
Tôi cũng xin cảm ơn những ngƣời bạn, những thành viên tập thể lớp HNK37
cũng nhƣ những sinh viên trong khoa đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá
trình học tập cũng nhƣ hoàn thành khóa luận.
Tuy rằng bài khóa luận đã hoàn thành bằng hết khả năng và kiến thức mà tôi
đã có khi theo học tại trƣờng nhƣng chắc chắn rằng khóa luận vẫn còn nhiều thiếu
sót không mong muốn, rất mong đƣợc sự giúp đỡ và những đóng góp bổ ích từ
những thầy cô cùng các bạn học .
Tôi xin cảm ơn!

v


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này là do tôi
thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của ThS. Phạm Xuân Hải và sự giúp đỡ tận tình của
các quý thầy cô khoa Kỹ thuật Hạt Nhân, Đại học Đà Lạt. Những kết quả và các số
liệu trong khóa luận chƣa đƣợc ai công bố dƣới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm về các nội dung trình bày bài luận văn này.
Đà Lạt, ngày 1 tháng 12 năm 2017
Ngƣời thực hiện

Phạm Hải Độ

vi


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................3
Phần I: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................4
Chƣơng 1 .....................................................................................................................4
GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................................4
1.1 Định nghĩa và tầm quan trọng của NTD ...............................................................4
1.2 Tổng quan về tia X ................................................................................................4
1.2.1 Tính chất của tia X. ............................................................................................5
1.2.2 Tƣơng tác của bức xạ khi đi qua một môi trƣờng vật chất ................................6
Chƣơng 2 ...................................................................................................................10
CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP .............................................10
2.1 Nguyên lý ghi nhận tia X và tia gammar trên phim công nghiệp .......................10
2.2 Phim chụp ảnh công nghiệp ................................................................................11
2.2.1 Cấu tạo .............................................................................................................11
2.2.2 Các tính chất của phim .....................................................................................12
2.2.3 Độ đen của ảnh chụp ........................................................................................12
2.2.4 Độ mờ ...............................................................................................................13
2.2.5 Tốc độ phim......................................................................................................13
2.2.6 Độ nhòe hình học .............................................................................................13
2.2.7 Độ tƣơng phản của phim (Gd) .........................................................................15
2.2.8 Độ nét của phim. ..............................................................................................16
2.2.9 Phân loại phim..................................................................................................16
2.2.10 Quy trình xử lý phim ......................................................................................17
2.2.9 Đánh giá chất lƣợng hình ảnh ..........................................................................19
2.1.10 Vật chỉ thị chất lƣợng ảnh IQI (Image quality Indicator) ..............................19
2.1.11 Độ nhạy phát hiện khuyết tật .........................................................................21
2.1.12 Tính và đánh giá độ nhạy chụp ảnh phóng xạ................................................21
Chƣơng 3 ...................................................................................................................23

vii


LIỀU CHIẾU VÀ DÁNH GIÁ VỀ AN TOÀN BỨC XẠ TRONG CHỤP ẢNH ...23
3.1 Liều chiếu ............................................................................................................23
3.1.1 Định nghĩa ........................................................................................................23
3.2 An toàn bức xạ ....................................................................................................24
3.2.1 Các đại lƣợng và đơn vị đo ..............................................................................24
3.2.2 Liều giới hạn cho nhân viên làm việc bức xạ và dân chúng ............................26
3.2.3 Phƣơng pháp kiểm soát sự chiếu xạ .................................................................27
3.2.4 Kiểm soát bức xạ ..............................................................................................28
3.2.5 Liều giới hạn cho phép .....................................................................................28
3.2.6 Liều kế cá nhân ................................................................................................28
3.2.7 Máy đo liều bức xạ ...........................................................................................29
3.2.8 Những tín hiệu cảnh báo bức xạ ......................................................................29
Phần II: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ................................................................30
Chƣơng4: ...................................................................................................................30
TRANG THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ THỰC NGHIỆM ............................................30
4.1 Phòng điều khiển .................................................................................................30
4.2 Ống phát tia X .....................................................................................................31
4.3 Phòng tối .............................................................................................................33
Chƣơng 5 ...................................................................................................................35
PHƢƠNG PHÁP VÀ TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM ............................................35
5.1 Bố trí thực nghiệm ...............................................................................................35
5.2 Chuẩn bị thực nghiệm .........................................................................................36
Chƣơng 6 ...................................................................................................................39
KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ THẢO LUẬN .....................................................39
6.1 Thực nghiệm tại cao áp 150kV ...........................................................................39
6.1.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách. .....................................................................39
6.1.2 Thực nghiệm xác định độ đen ..........................................................................39
6.1.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy .......................................................................42
6.2 Thực nghiệm tại cao áp 160kV ...........................................................................44
6.2.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách. .....................................................................44

viii


6.2.2 Thực nghiệm xác định độ đen ..........................................................................45
6.2.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy .......................................................................47
6.3 Thực nghiệm tại cao áp 170kV ...........................................................................49
6.3.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách. .....................................................................49
6.3.2 Thực nghiệm xác định độ đen ..........................................................................49
6.3.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy .......................................................................52
6.4 Thực nghiệm tại cao áp 180kV ...........................................................................54
6.4.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách. .....................................................................54
6.4.2 Thực nghiệm xác định độ đen ..........................................................................54
6.4.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy .......................................................................57
6.5 Ảnh chụp một số mẫu vật sử dụng giản đồ chiếu ...............................................60
KẾT LUẬN ...............................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................64

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Hiệu ứng quang điện ..................................................................................7
Hình 1. 2: Tán xạ compton ..........................................................................................8
Hình 1. 3: Hiệu ứng tạo cặp ........................................................................................8
Hình 2. 1: Cấu trúc phim chụp ảnh ...........................................................................11
Hình 2. 2: Độ nhòe hình học của ảnh phóng xạ ........................................................14
Hình 2. 3: Đƣờng đặc trƣng tiêu biểu của phim tia X loại trực tiếp .........................15
Hình 2. 4: Sự phụ thuộc của độ tƣơng phản theo độ đen đối với các loại phim khác
nhau. (A) Phim có màng tăng cƣờng bằng muối; (B) Phim loại trực tiếp có tốc độ
trung bình; (C) Phim trực tiếp hạt mịn. .....................................................................16
Hình 2. 5: Hình dạng IQI vật liệu nhôm loại ASTM ................................................20
Hình 4. 1: Hệ thống điều khiển .................................................................................30
Hình 4. 2: Máy Đo liều xách tay ...............................................................................31
Hình 4. 3: Giản đồ suất liều (μSv/h) ở các vị trí trên tƣờng phía phòng điều khiển
ngăn cách với phòng phát tia X khi máy phát làm việc ở cao áp 200kV. Tại vị trí
ngƣời ngồi điều khiển là 0,3μSv/h. ...........................................................................32
Hình 4. 4: Ống phát tia X ..........................................................................................32
Hình 4. 5: Hệ rửa phim trong phòng tối ....................................................................33
Hình 4. 6: Máy sấy (a) và giá treo phim (b) .............................................................33
Hình 4. 7: Đèn đọc phim (a) và máy đo độ đen (b) ..................................................34
Hình 4. 8: Một số dung dịch rửa phim ......................................................................34
Hình 5. 3: Sơ đồ chụp đơn tƣờng đơn ảnh ................................................................35
Hình 6. 1:Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu đƣợc sau thực nghiệm ........................42
Hình 6. 2: Đƣờng cong độ nhạy tịa cao áp 150kV....................................................44
Hình 6. 3: Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu đƣợc sau thực nghiệm và xử lý số liệu
với cao thế 160kV. ....................................................................................................47

x


Hình 6. 4: Đƣờng cong độ nhạy tại cao áp 160kV....................................................48
Hình 6. 5: Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu đƣợc sau thực nghiệm và xử lý số liệu
với cao áp 170kV, SFD = 80cm ................................................................................52
Hình 6. 6: Đƣờng cong độ nhạy tịa cao áp 170kV....................................................53
Hình 6. 7: Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu đƣợc sau thực nghiệm .......................57
Hình 6. 8: Đƣờng cong độ nhạy tịa cao áp 180kV....................................................58
Hình 6. 9: Giản đồ chiếu của vât liệu nhôm ứng với cao thê 150kV, 160kV,
170kV,180kV với khoảng cách SFD = 80mm. .........................................................59
Hình 6. 10: Mẫu TC-2 và hình chụp tƣng ứng ..........................................................60
Hình 6. 11: Mẫu TC-3 và hình chụp tƣng ứng ..........................................................61
Hình 6. 12: Mẫu TC-4 và hình chụp tƣơng ứng........................................................62

xi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1: Đƣờng kính dây các bộ IQI vật liệu nhôm theo ASTM ..........................19
Bảng 3. 1: Trọng số bức xạ (WR) ứng với từng trƣờng hợp khác nhau ....................25
Bảng 3. 2: Trọng số mô (WT) của các cơ quan trong cơ thể .....................................26
Bảng 6. 1: Giá trị độ đen chụp mẫu nhôm dày 10mm với các khoảng cách SFD và
thời gian chiếu khác nhau ở cao áp 150kV. ..............................................................39
Bảng 6. 2: Độ đen các mẫu chụp ở cao áp 150kV và SFD = 80cm ..........................40
Bảng 6. 3: Thời gian chiếu theo chiều dày mẫu để phim đạt độ đen D = 2 ..............41
Bảng 6. 4: Các thông số sử lý trên phim sau khi đƣợc xử lý ....................................43
Bảng 6. 5: Giá trị độ đen chụp mẫu nhôm dày 10mm với các khoảng cách SFD và
thời gian chiếu khác nhau ở cao áp 160kV. ..............................................................44
Bảng 6. 6: Độ đen các mẫu chụp ở cao áp 160kV và SFD = 80cm ..........................45
Bảng 6. 7: Thời gian chiếu theo chiều dày mẫu để phim đạt độ đen D = 2 ..............46
Bảng 6. 8: Các thông số xử lý trên phim sau khi đƣợc sử lý ....................................48
Bảng 6. 9: Giá trị độ đen chụp mẫu nhôm dày 10mm với các khoảng cách SFD và
thời gian chiếu khác nhau ở cao áp 170kV. ..............................................................49
Bảng 6. 10: Độ đen các mẫu chụp ở cao áp 170kV và SFD = 80cm ........................49
Bảng 6. 11: Thời gian chiếu theo chiều dày mẫu để phim đạt độ đen D = 2 ............51
Bảng 6. 12: Các thông số sử lý trên phim sau khi đƣợc xử lý ..................................52
Bảng 6. 13: Giá trị độ đen chụp mẫu nhôm dày 10mm với các khoảng cách SFD và
thời gian chiếu khác nhau ở cao áp 180kV. ..............................................................54
Bảng 6. 14: Độ đen các mẫu chụp ở cao áp 180kV và SFD = 80cm ........................54
Bảng 6. 15: Thời gian chiếu theo chiều dày mẫu để phim đạt độ đen D = 2 ............56
Bảng 6. 16: Các thông số sử lý trên phim sau khi đƣợc xử lý ..................................57

xii


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các ngành kỹ thuật khác
thì kỹ thật hạt nhân đã và đang ngày càng đƣợc áp dụng, ứng dụng phổ biến trong
nhiều lĩnh vực đời sống, và mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Trong sự phát trển của kỹ
thuật hạt nhân “ kiểm tra không phá hủy (NDT)” sử dụng rộng rãi trong nhiều
ngành công nghiệp trên khắp thế giới và Việt Nam. Với sự phát trển về công nghệ
không có giới hạn nhƣ hiện nay thì các ngành công nghiệp trọng điểm đang là một
thế mạnh của các nƣớc đang phát trển nhƣ là Việt Nam của chúng ta. Để chúng ta
có thể hội nhập toàn cầu cũng nhƣ phát triển kinh tế thì việc phát trển công nghệ
cũng nhƣ bán các sản phẩm công nghệ ra các nƣớc trên thế giới đòi hỏi cần phải có
mặt hàng đảm bảo chất lƣợng để có thể cạnh tranh trên thị trƣờng rộng lớn và tiềm
năng Thế Giới. Vì vậy kiểm tra không phá hủy là một phần quan trọng trong các
công tác kiểm tra chất lƣợng sản phẩm. Phƣơng pháp không pha hủy dùng để kiểm
tra các khuyết tật mối hàn, các vết nứt trong các đƣờng ống, các công trình xây
dựng. Ngoài ra nó còn phục vụ cho nhiều ngành khác nhƣ: Hóa Chất, chế biến lọc
dầu, xi măng, khai thác dầu khí, các công trình giao thông, thủy lợi, và cả trong
nông nghiệp lẫn y tế. Một trong những phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy ngày
càng đƣợc chấp nhận rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp là
Phƣơng pháp chụp ảnh bức xạ công nghiệp. Nó đang ngày trở nên hữu hiệu và ứng
dụng rộng rãi, là sự lựa chọn tối ƣu cho các ngành công nghiệp về cả độ chính xác
lẫn chi phí.
Trong thực tế và các ngành công nghiệp và đời sống sản xuất , vật liệu nhôm
là vật liệu đƣợc sử dụng khá là rộng rã vì các đặc tính của nó nhƣ nhẹ, bền, ko bị
gỉ...Vật liệu nhôm còn là thành phần thiếu yếu của các chi tiết máy, thiết bị trong
công ngiệp đòi hỏi độ chính xác cao. Nên việc xây dựng giản đồ chụp ảnh phóng xạ
tia X trong công nghiệp xác định khuyết tật cho vật liệu nhôm là điều cần thiết.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn nhằm mục đích xây dựng giản đồ chiếu cho
vật liệu nhôm. Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ tia X trên máy phát tia X “
RIGAKU-200GM” sử dụng phim D7 trong dải bề dày vậy liệu từ 1mm đến 100mm,
với cao áp 150kV, 160kV, 170kV, 180kV. Đánh giá độ nhạy của phƣơng pháp.

1


Luận văn gồm 2 phầm chính:
Phần I: Tổng quan về cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp kiểm tra không phá
hủy và tia X, sơ lƣợc về phƣơng pháp chụp ảnh tia X trong công nghiệp, trình bày
sơ lƣợc về phim sử dụng.
Phần II:Phƣơng pháp thực nghiệm, giới thiệu về trang thiết bị cần thiết cho
thực nghiệm, các bƣớc tiến hành và xây dựng giản đồ chiếu.

2


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

NDT

Non-destructive Testing

Kiểm tra không phá hủy

SWIW

Single Wall Single

Một thành một ảnh

SFD

Source to Film Distance

Khoảng cách từ nguồn tới
phim

ASME

ASTM

FFD

American Society of Mechanical

Hiệp hội kỹ sƣ cơ khí

Engineer

Hoa Kỳ

American Society for Testing and

Hiệp hội kiểm tra và vật

Materials

liệu Hoa Kỳ

Focus to Film Distance

Khoảng cách từ tiêu điểm
phát bức xạ đến phim

International Attomic Energy

Cơ quan năng lƣợng

Agency

Nguyên Tử Quốc Tế

IQI

Image Quality Indicator

Vật chỉ thị chất lƣợng ảnh

ISO

International Standards

Hệ thống tiêu chuẩn Quốc

Organization

Tế

Japanese Industrial Standard

Tiêu chuẩn công nghiệp

IAEA

JIS

Nhật Bản
OD

Object to Film Distance

Đƣờng kính ngoài

OFD

Source to Film Distance

Khoảng cách từ mẫu vật
đến phim

3


Phần I: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chƣơng 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Định nghĩa và tầm quan trọng của NDT
 NDT: Kiểm tra không phá hủy là sử dụng các phƣơng pháp vật lý để kiểm
tra phát hiện khuyết tật bên trong cấu trúc của vật liệu, sản phẩm, các chi tiết máy
móc... mà không làm ảnh hƣởng đến khả năng hoạt động và chất lƣợng của chúng.
 Phƣơng pháp NDT đóng một vai trò rất quan trọng trong việc kiểm tra chất
lƣợng sản phẩm, cũng nhƣ đƣợc sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình
chế tọa một sản phẩm.
 Sử dụng phƣơng pháp NDT có hiệu quả trong các công đoạn của quá trình
chế tạo sản phẩm nhƣ: tăng mức độ an toàn và đáng tin cậy của sản phẩm khi làm
việc.
 Làm giảm sản phẩm phế liệu và đảm bảo chất lƣợng của vật liệu, từ đó giảm
giá thành sản phẩm.
 Ngoài ra NDT còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra thƣờng xuyên
hoặc định kỳ chất lƣợng của các thiết bị máy móc và các công trình trong quá trình
vận hành.
1.2 Tổng quan về tia X
Roentgen tên đầy đủ là Wihelm Conrad Roentgen, sinh năm 1845 tại lenepCHLB Đức.
Năm 1895 Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc ông đang nghiêm
cứu hiện tƣợng phóng điện qua không khí. Trong một thời gian thí nghiệm trên các
loại tia mới và bí ẩn này thì Roentgen đã chụp đƣợc một bức ảnh bóng của các vật
thể khác nhau gồm những hộp đựng các quả cầu và một khẩu súng ngắn nhìn thấy
đƣợc rõ ràng. Những bức ảnh bóng này đã đánh dấu sự ra đời của phƣơng pháp
chụp ảnh phóng xạ. Trong khoảng một năm sau khi Roentgen đã phát hiện ra bức xạ
tia X thì phƣơng pháp chụp ảnh bức xạ đƣợc áp dụng đển kiểm tra mối hàn. Năm
1913 Collidge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X mới. Thiết bị này có khả năng

4


phát bức xạ tia X có năng lƣợng cao hơn, và có khả năng đâm xuyen sâu hơn. Năm
1917 phòng thí nghiệm chụp ảnh bức xạ bằng tia X đã đƣợc thiết lập tại Royal
Aresnal ở Woolwich. Bƣớc phát triển tiếp theo, vào năm 1930 khi hải quân Mỹ
đồng ý dùng phƣơng pháp chụp ảnh bức xạ để kiểm tra các mối hàn nồi hơi
Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ những đƣợc áp dụng trong các ngành công
nghiệp hàng không mà còn mở rộng sang các lĩnh vực khác nhƣ kiểm tra các mối
hàn trong nhà máy điện, xƣởng đóng tàu, các nhà máy luyện kim, cấu trúc thiết bị
vận chuyển, xây dựng...v.v
1.2.1 Tính chất của tia X.
Bức xạ tia X là dạng bức xạ điện từ giống nhƣ ánh sáng. Giữa tia X và ánh
sáng thƣờng chỉ khác nhau về bƣớc sóng. Trong kiểm tra vật liệu bằng chụp ảnh
bức xạ thƣờng sử dụng đến bức xạ tia X có bƣớc sóng khoảng 10-2 Ao đến 10 Ao
(1Ao = 10-10 m). Phổ của tia X là phổ liên tục.
Tia X và có những tính chất đặc trưng:
- Tia X có tính chất không màu, không mùi, không vị, không nhìn thấy đƣợc
do đó không cảm nhận đƣợc bằng giác quan con ngƣời.
- Nó có khả năng làm phát quang một số chất nhƣ Zine Sulfide, Calcium,
Tungstate, Diamon, Barium, Platinocyamide, Sodiumlodide đƣợc kích hoạt bởi
Thalium.
- Các tia X chuyển động với vận tốc ánh sáng.
- Là tia bức xạ nên chúng có thể gây nguy hại cho tế bào sống
- Chúng gây ion hóa vật chất (đặc biệt với chất khí rất dễ bị ion hóa trở thành
các điện tử và ion dƣơng).
- Tia X truyền theo một đƣờng thẳng, chúng là bức xạ điện từ.
- Nó tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách.
- Nó có thể xuyên qua những vật mà ánh sáng không truyền qua đƣợc và khả
năng xuyên thâu phụ thuộc vào năng lƣợng của photon, mật độ và chiều dày của lớp
vật chất.
- Nó tác dụng lên lớp nhũ tƣơng của phim ảnh.
- Khi đi qua lớp vật chất chúng bị hấp thụ, phản xạ và tán xạ.

5


1.2.2 Tƣơng tác của bức xạ khi đi qua một môi trƣờng vật chất
Hiện tượng hấp phụ
Khi một chùm bức xạ tia X truyền qua một vật nào đó thì một số tia sẽ
truyền qua, một số bị hấp thụ và một số bị tán xạ theo những hƣớng khác nhau.
Điều này có nghĩa là khi một chùm bức xạ truyền qua một vật nào đó thì sẽ bị suy
giảm cƣờng độ, đây chính là điều mà chúng ta cần xét tới.
Tiến hành thí nghiệm trên một mẫu có chiều dày x, cƣờng độ chùm tia tới là
Io, cƣờng độ chùm tia truyền qua là I và chùm tia tới ở đây là đơn năng thì ta có:
I = Ioexp(-μx)

(1.1)

Trong đó μ là hệ số hấp thụ tuyến tính
μ=γ+δ+k

(1.2)

Sở dĩ hệ số μ đƣợc tính nhƣ trên là do có sự đóng góp của ba hiệu ứng cơ bản
sau: Hấp thụ quang điện, hiệu ứng tạo cặp và tán xạ Compton. Với γ là hệ số làm
yếu do hấp thụ quang điện; δ bao gồm hai thành phần: δa là hệ số hấp thụ tán xạ, δb
là hệ số hấp thụ Compton và k là hệ số tạo cặp.
Trong biểu thức trên, hệ số hấp thụ tuyến tính μ là đại lƣợng đánh giá sự suy
giảm cƣờng độ bức xạ theo chiều dày vật liệu và có thứ nguyên là (đơn vị độ dài)-1
và đƣợc tính theo biểu thức:
μ = k 3 z3

(1.3)

Với k là một hằng số phụ thuộc vào mật độ vật lý của chất hấp thụ, λ là chiều
dài bƣớc sóng sơ cấp, Z là nguyên tử số của chất hấp thụ.
Khoảng cách 1/μ đƣợc gọi là quãng chạy tự do trung bình của photon.
Từ biểu thức trên ta thấy μ phụ thuộc nhiều vào chiều dài bƣớc sóng sơ cấp
(những tia năng lƣợng thấp và mềm dễ bị hấp thụ hơn), ngoài ra nó cũng phụ thuộc
nhiều vào nguyên tử số Z của chất hấp thụ và tăng cùng với Z.
Đôi khi để tiện lợi ngƣời ta dùng khái niệm hệ số suy giảm khối μ:
μ = μ/ ρ

(1.4)

Ở đây ρ là mật độ của vật chất.

6


Hiệu ứng quang điện

Bức xạ tới

Điện tử
quang điện

Hình 1. 1: Hiệu ứng quang điện

Trong quá trình này một photon mất hết năng lƣợng để giải phóng một điện
tử lớp quỹ đạo ra khỏi nguyên tử. Photon biến mất, năng lƣợng của photon đƣợc
dùng để đánh bật điện tử ra khỏi quỹ đạo và cung cấp cho nó một động năng nào
đó.Quá trình hấp thụ quang điện có hiệu suất cao nhất khi tƣơng tác xảy ra với
những điện tử liên kết chặt nhất trong nguyên tử và không xảy ra với những điện tử
tự do.
Tán xạ compton
Hiện tƣợng tán xạ của photon có năng lƣợng cỡ vài MeV hoặc lớn hơn
(tƣơng đƣơng với bƣớc sóng   1Ao) khi va chạm đàn hồi với một điện tử tự do
của nguyên tử tạo ra một điện tử chuyển động gọi là điện tử compton. Photon
truyền một phần năng lƣợng của mình cho một điện tử làm nó tách ra khỏi nguyên
tử và chuyển động với vận tốc nào đó trong khi photon tới bị tán xạ và lệch đi một
góc so với phƣơng ban đầu và năng lƣợng của nó cũng giảm đi.

7


Photon tán xạ

Bức xạ tới
Compton
Electron

Hình 1. 2: Tán xạ compto

Hiệu ứng tạo cặp
Sự tạo cặp là quá trình biến đổi của photon thành hai hạt cơ bản là positron
và electron. Quá trình này chỉ xảy ra khi năng lƣợng của photon tới vƣợt quá hai lần
khối lƣợng nghỉ của một electron, nghĩa là h  2m0c2 = 2x0,511MeV = 1,022
MeV;   0,01 A0,  = 3x1020s-1) chuyển động tới gần hạt nhân.

electron

Bức xạ tới

positron

Hình 1. 3: Hiệu ứng tạo cặp

Chú ý: Quá trình này chiếm ƣu thế khi gammar tới có năng lƣợng cao và
chuyển động tới gần hạt nhân có nguyên tử số cao.

8


Positron bị làm chậm dần bởi sự hấp thụ trung gian và biến mất sau đó, nhƣ
vậy cả hai photon đều biến mất do tƣơng tác thứ cấp với vật chất.
Định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
Cƣờng độ của bức xạ tại một điểm nào đó phụ thuộc vào khoảng cách từ
điểm đó tới nguồn. Cƣờng độ thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phƣơng khoảng cách
này và đƣợc biểu diễn theo biểu thức đại số sau:

I1 r22

I 2 r12

(1.5)

Với I1, I2 lần lƣợt là cƣờng độ bức xạ tại C1, C2
Vì I1 ~ E1, I2 ~ E2 nên định luật có thể viết lại:

I1 E1

I 2 E2

(1.6)

với E1, E2 lần lƣợt là liều chiếu tại C1, C2
Trong lĩnh vực an toàn bức xạ thì biểu thức trên đƣợc viết nhƣ sau:

I1 D1

I 2 D2

(1.7)

Trong đó D1, D2 là suất liều bức xạ tại khoảng cách r1, r2 tính từ nguồn. Điều
này có nghĩa là suất liều sẽ giảm rất nhanh khi ta di chuyển nguồn ra xa. Nếu
khoảng cách tăng lên gấp 10 lần thì suất liều sẽ giảm 100 lần.

9


Chƣơng 2
CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP

2.1 Nguyên lý ghi nhận tia X và tia gammar trên phim công nghiệp
Nguyên lý tạo ảnh trên phim
Giống nhƣ ánh sáng nhìn thấy, tia X và tia gamma gây nên hiệu ứng thay đổi
quang hóa trên lớp nhũ tƣơng của phim ảnh, vì vậy tạo nên những thay đổi vể độ
đen của phim X quang. Độ đen của phim phụ thuộc cả vào số lƣợng lẫn chất lƣợng
của bức xạ đạt tới phim.
Khi bức xạ đập vào lớp nhũ tƣơng của phim ảnh sẽ tạo ra một ảnh gọi là ảnh
“tiềm tàng” nhũ tƣơng của phim chứa những tinh thể Bromicde bạc rất nhỏ. Dƣới
tác động của photon bức xạ năng lƣợng h, một ion âm Br- giải phóng bớt điện tử của
nó và trở về trạng thái trung hòa.
Nghĩa là:
Br- + hγ → Br + eĐiện tử đã đƣợc giải phóng sẽ trung hòa trung hòa ion bạc dƣơng Ag+ bằng
phản ứng:
Ag+ + e- → Ag
Cả quá trình đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
Ag+ + Br- → Ag + Br
Các nguyên tử Bromide trung hòa cũng liên kết để tạo ra các hạt Br- và rời
khỏi các tinh thể AgBr, vì vậy các nguyên tử bạc tự do đƣợc đọng lại. Quá trình
hiện ảnh, ảnh tiềm tàng trở thành nhìn thấy đƣợc.
Phim là công cụ thƣờng đƣợc dùng để thu và chi nhận bức xạ gamma và tia
X khi chụp ảnh. Là một phƣơng pháp rất nhạy. Bên cạch nhiều phƣơng pháp khác,
phƣơng pháp chụp ảnh bằng phim có ƣu điểm là ghi kết quả cố định.

10


2.2 Phim chụp ảnh công nghiệp
2.2.1 Cấu tạo

3
1
4
2

Hình 2. 1: Cấu trúc phim chụp ảnh
1. Lớp nền; 2. Lớp nhũ tƣơng; 3. Lớp bảo vệ; 4. Lớp kết dính
Tƣơng tự phim ánh sáng, phim X quang có cấu tạo gồm: Lớp nền, lớp nhũ
tƣơng, lớp bảo vệ và lớp kết dính, hình 2.1.
Lớp nền là vật liệu gelatin sạch, nhẹ, bền, dễ uốn và trong suốt. Lớp nền dày
khoảng 0,025mm đóng một vai trò quan trọng trong cấu trúc phim, có thể ví nó là
xƣơng sống của phim.
Lớp nhũ tƣơng là những hạt halide bạc nhỏ li ti đƣợc phủ lên một hoặc hai
mặt của lớp nền. Halide bạc đƣợc phân bố đều trong nhũ tƣơng dƣới dạng những
tinh thể cực nhỏ và khi bị chiếu bởi tia X, tia gamma hay ánh sáng nhìn thấy nó sẽ
thay đổi cấu trúc vật lý. Halide bạc có dạng hạt, kích thƣớc của nó có ảnh hƣởng
đáng kể tới quá trình chiếu cũng nhƣ độ phân giải các ảnh chụp.
Lớp kết dính đƣợc tạo từ hỗn hợp gelatin và chất kết dính nhằm đảm bảo cho
chất nhũ tƣơng mỏng bám chặt vào lớp nền.
Lớp bảo vệ phía ngoài là một lớp mỏng gelatin nhằm giữ cho lớp nhũ tƣơng
bên trong khỏi bị hƣ hỏng trong các thao tác và xử lý.

11


Trong cấu trúc phim, lớp nhũ tƣơng là lớp đóng vai trò quan trọng nhất. Vốn
rất nhạy với tia X, tia gamma, ánh sáng, nhiệt độ và một số hóa chất v.v.. nên cần
thận trọng khi bảo quản phim chƣa chụp.
2.2.2 Các tính chất của phim
Phim đƣợc sản suất bởi các hãng khác nhau, có các tính chất khác nhau,
nhằm đảm bảo những yêu cầu cụ thể và đa dạng trong thực tế theo yêu cầu của từng
phép chụp, nó phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Vật kiểm tra.
- Loại bức xạ sử dụng.
- Năng lƣợng bức xạ.
- Cƣờng độ bức xạ.
- Mức độ kiểm tra.
2.2.3 Độ đen của ảnh chụp
Độ đen là mật độ của phim chụp thu đƣợc sau khi xử lý. Tất cả các phim
chụp đều phải xác định mật độ. Phim đen hơn có nghĩa là mật độ lớn hơn. Đây là
yếu tố đầu tiên đòi hỏi phải xác định đối với phim X quang trƣớc khi giải đoán và
nhận xét kết quả. Phim X quang sẽ có mật độ “tối, sáng” khác nhau phụ thuộc vào
thời gian chiếu và cƣờng độ bức xạ sau khi chụp và xử lý. Các yếu tố ảnh hƣởng
đến độ đen là cao áp, cƣờng độ, khoảng cách, tốc độ phim, thời gian chiếu và quy
trình xử lý phim.
Độ đen của ảnh đƣợc tính theo biểu thức:
Độ đen = D  lg(
Trong đó:

I0
)
It

(2.1)

I0 là cƣờng độ ánh sáng tới phim.
It là cƣờng độ ánh sáng truyền qua phim.
Tỷ số I0/ It gọi là độ chắn sáng của phim ảnh.
Tỷ số It/ I0 gọi là độ truyền qua của phim ảnh.

Độ đen của một ảnh chụp có thể đƣợc xác định bằng cách so sánh với một
tấm nêm độ đen hoặc dùng máy đo độ đen. Những thiết bị đo độ đen quang học
thƣờng kém chính xác hơn khi ta so sánh cả hai phim trong cùng điều kiện, trái lại

12


những thiết bị đo độ đen quang điện thì chính xác hơn vì có sử dụng một ampe kế
nhỏ có thang đƣợc chuẩn theo đơn vị độ đen. Dải mật độ phim chấp nhận trong
chụp ảnh phóng xạ công nghiệp là từ 1,5 đến 3,3.
2.2.4 Độ mờ
Độ mờ của phim chính là độ đen vốn có của phim. Độ mờ tạo nên bởi hai
nguyên nhân sau: Độ đen có sẵn trong lớp nền của phim vì lớp nền của phim không
hoàn toàn trong suốt, độ mờ hóa học gây bởi một số hạt có khả năng tự giải phóng
ra các nguyên tử bạc ngay cả khi không bị chiếu. Độ mờ của phim là khác nhau
theo từng loại và tuổi của phim, nó thƣờng có giá trị từ 0,2 đến 0,3.
2.2.5 Tốc độ phim
Tốc độ phim đƣợc định nghĩa là nghịch đảo của liều chiếu toàn phần tính
bằng Roentgen của một phổ bức xạ đặc trƣng tạo ra một độ đen cho trƣớc trên
phim. Tốc độ phim thƣờng phụ thuộc vào kích thƣớc hạt và năng lƣợng bức xạ,
phim có kích thƣớc hạt càng lớn thì có tốc độ càng cao và khi năng lƣợng bức xạ
tăng lên thì tốc độ phim sẽ bị giảm xuống. Kích thƣớc hạt của phim ảnh hƣởng đến
thời gian chiếu và chất lƣợng ảnh. Phim có hạt cực mịn hoặc mịn cho chất lƣợng tốt
hơn. Phim mà các hạt của nó bắt đầu tham gia vào phản ứng khi bị chiếu xạ sớm
hơn những phim khác thì đó là những phim có tốc độ cao, những phim này có kích
thƣớc hạt lớn hơn nên độ nét giảm. Các hạt của phim có tốc độ cao sẽ cho ra mật độ
yêu cầu sớm hơn phim có vận tốc thấp.
2.2.6 Độ nhòe hình học
Các nguồn thực tế dùng trong chụp ảnh phóng xạ theo phƣơng pháp cổ điển
thƣờng không phải là nguồn điểm mà thƣờng có kích thƣớc nào đó. Do vậy, hình
ảnh cho ra thƣờng rộng hơn kích thƣớc thực của vật thể đó là do có sự đóng góp của
độ nhòe hình học Ug , Hình 2.2.

13


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×