Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu

Đề tai : Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ

KỸ THUẬT SỐ TRONG KIỂM TRA VẬT LIỆU

Chủ nhiệm đề tài: Ngô Văn Trường- Trưởng phòng Hàn và NDT

Đơn vị chủ trì:

TRUNG TÂM HỖ TRỢ KỸ THUẬT AN TOÀN CÔNG NGHIỆP

Địa chỉ: Số 91 đường Đinh Tiên Hoàng - quận Hoàn Kiếm- Tp Hà Nội

9093

Hà nội, năm 2012

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI THUỘC ĐỀ ÁN “PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG BỨC XẠ VÀ ĐỒNG VỊ

PHÓNG XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂM 2020”

1 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ

thuật số trong kiểm tra vật liệu

2 Cơ quan chủ trì: Trung tâm hỗ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp

3 Chủ nhiệm đề tài: Ngô Văn Trường

4 Thư ký đề tài: Nguyễn Thị Hồng Vân

5 Danh sách những người tham gia thực hiện:

¾ Ông Nguyễn Đăng Doanh KS Vật lý hạt nhân

¾ Ông Nguyễn Tiến Phong Ths Vật lý hạt nhân

¾ Ông Nguyễn Xuân Kiên Ths Vật lý hạt nhân

¾ Ông Vũ Văn Tiến Ths Vật lý hạt nhân

Hà nội, năm 2011

Hà nội, ngày 05 tháng 10 năm 2011

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu

Thuộc đề án “Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020”

2 Chủ nhiệm đề tài/dự án:

Họ và tên: Ngô Văn Trường Ngày, tháng, năm sinh: 08-08-1978 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Cử nhân Công nghệ Hạt nhân Điện thoại: Tổ chức: 04 393 44140

Fax: 04 39365074 E-mail:

Tên tổ chức đang công tác: Trung tâm Hõ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp Địa chỉ tổ chức: Tầng 3 số 91 đường Đinh Tiên Hoàng- Hoàn Kiếm- TP Hà nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trung tâm Hõ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp Điện thoại: Tổ chức: 04 393 44140

Fax: 04 39365074 E-mail:

Địa chỉ: Tầng 3 số 91 đường Đinh Tiên Hoàng- Hoàn Kiếm- TP Hà nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Đỗ Hữu Đông

Số tài khoản: 301.01.052.02.12 Ngân hàng : Kho bạc Nhà nước quận Hoàn Kiếm- Hà nội Tên cơ quan chủ quản đề tài : Bộ Công Thương

1 Thời gian thực hiện đề tài/dự án:

Ghi chú

(Số đề nghị quyết toán)

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

5 Chi khác 35.75 35.75 35.75 35.75

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

1 Số 2078/QĐ-BCT,

ngày 29/4/2009

Quyết định phê duyệt Đề án phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020

2 Số 1189/QĐ-BCT

ngày 10/3/2010

Quyết định về việc phê duyệt kế hoạch phân bổ kinh phí thực hiện các đề tài năm 2010 thuộc “Kế hoạch tổng thể thực hiện chiến lược ứng dụng năng lượng vì mục đích hoà bình đến năm 2020” thực hiện đề án “Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020”

“Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020”

4 Số 5027/QĐ-BCT

ngày 28/9/2010

Quyết định về việc bổ sung dự toán ngân sách nhà nước năm 2010

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

Nghiên cứu chuyên đề, thực nghiệm công tác thí nghiệm

Báo cáo chuyên đề, kết quả thí nghiệm

Nghiên cứu chuyên đề, thực nghiệm công tác thí nghiệm

Báo cáo chuyên đề, kết quả thí nghiệm

đánh giá không phá huỷ (NDE)

Nghiên cứu chuyên đề, thực nghiệm công tác thí nghiệm

Báo cáo chuyên đề, kết quả thí nghiệm

- Lý do thay đổi (nếu có): Bổ sung đơn vị phối hợp thực hiện

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)

Nội dung tham gia

chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1 Ngô Văn

Trương

Ngô Văn Trường

Thực hiện tất cả các nội dung, các thí nghiệm liên quan đến

đề tài

Báo cáo tổng kết, kết quả thử nghiệm,

cơ sở dữ liệu

2 Nguyên Đăng

Doanh

Nguyễn Đăng Doanh

Nghiên cứu, phân tích, đánh giá, tiến hành các thí nghiệm của đề tài

và soạn thảo quy trình

Báo cáo chuyên đề, kết quả thử

nghiệm

4 Vũ Văn Tiến Vũ Văn

Tiến

phân tích, đánh giá kết quả kiểm tra, tiến hành các thí nghiệm, cán bộ thực hiện các biện pháp, kỹ thuật an toàn phóng xạ

Báo cáo chuyên đề, kết quả thử

nghiệm

5 Đào Duy

Dũng

Đào Duy Dũng

Nghiên cứu, tập hợp

dữ liệu, phân tích, đánh giá, tiến hành các thí nghiệm biên soạn tài liệu, hướng dẫn và soạn thảo quy trình kiểm tra

Báo cáo chuyên đề, kết quả thử

Thư ký đề tài

Cơ sở dữ liệu

Tiến Phong

Nghiên cứu, tập hợp

dữ liệu, phân tích, đánh giá, tiến hành các thí nghiệm biên soạn tài liệu, hướng dẫn và soạn thảo quy trình kiểm tra

Báo cáo chuyên đề, kết quả thử

Báo cáo chuyên đề, kết quả thử

nghiệm

kiểm tra

- Lý do thay đổi ( nếu có):

6 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

(Nội dung, thời gian,

X-2 Báo cáo kết quả đánh giá kỹ

- Lý do thay đổi (nếu có):

7 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

Người,

cơ quan thực hiện

1 Nghiên cứu nguyên lý kỹ

thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ

Tháng 11/2010

Tháng 11/2010

ISTC, NDE, ISTE

2 Xây dựng quy trình kiểm tra

chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật

số

Tháng 12/2010

Tháng 12/2010

ISTC, NDE, ISTE

Tháng 4/2011

ISTC, NDE, ISTE

- Lý do thay đổi (nếu có):

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Thực tế đạt được

Ghi chú

phân tích, đánh giá kỹ

Kết quả phân tích, đánh giá kỹ

2 Bộ tài liệu tham khảo Tài liệu đào

Các bước tiến hành, thông số kỹ thuật của quy trình

khảo kỹ thuật

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

- Lý do thay đổi (nếu có):

Số lượng, nơi công bố

(Tạp chí, nhà

xuất bản)

1

- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ so với khu vực và thế giới…)

- Nhận thấy sự phát triển khoa học và trình độ nghiên cứu của các nước trên thế giới

- Tạo điều kiện nâng cao trình độ chuyên môn và công tác nghiên cứu của các cán

bộ, cơ quan tham gia thực hiện đề tài

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

- Tạo hiệu ứng và thay đổi quan điểm trong công tác kiểm tra vật liệu để ứng dụng trong thực tế nhằm mục đích bảo vệ môi trương và an toàn bức xạ hạt nhân

I Báo cáo định kỳ

đồng và tiến độ theo thuyết minh đề tài

II Kiểm tra định kỳ

Lần 1

…

III Nghiệm thu cơ sở

TT Nôi dung Trang

2 Xây dựng qui trình và tiến hành thử nghiệm trên đối tượng cụ thể 14

3 So sánh và đánh giá ưu nhược điểm của RT-D và RT-F 50

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI

1 TCVN: Tiêu chuẩn Việt nam

2 ISO: International Standardization Organization (Tổ chức tiêu chẩn Quốc tế)

3 EN: Tiêu chuẩn Châu âu

4 ASTM: Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa kỳ

5 ASME: Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa kỳ

6 NDE: Kiểm tra không pháp huỷ

7 SWSI: Single Wall Single Image (Kỹ thuật đơn thành đơn ảnh)

8 DWDI: Double Wall Double Image (Kỹ thuật hai thành hai ảnh)

9 SDWDI: Super Double Wall Double Image (Kỹ thuật chồng ảnh)

10 DDA: Digital Detector Array (Dãy đầu đo số)

11 SNR: (Tỉ số tín hiệu trên nhiễu)

12 IP: Image plate (Tấm ảnh)

13 IQI: Chỉ thị chất lượng ảnh

14 RT-F: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim truyền thống

15 RT-D: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số

16 FDD: Khoảng cách từ điểm hội tụ đến thiết bị nghi nhận

17 BOD: Nhu cầu ô xy hoá sinh hoá: Được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật

đã sử dụng trong quá trình ô xy hoá các chất ô nhiễm

18 COD: Nhu cầu ô xy hoá hoá học: Là lượng ô xy cần thiết cho quá trình ô xy hoá học các chất ô nhiễm trong màu nước

19 TSS: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước

20 T.N: Tổng Nitơ

21 T.P: Tổng phốt pho

bị detector, tấm phát quang hay tấm tạo ảnh phot pho (tấm ảnh IP), sau quá trình ghi nhận này thông tin về mẫu vật kiểm tra được chuyển sang dạng số hóa và sử dụng máy tính để hỗ trợ đánh giá và giải đoán hình ảnh Phương pháp chụp ảnh phóng xạ sử dụng tấm phim IP là kỹ thuật tiên tiến so với phương pháp chụp phim truyền thống Trong phương pháp này quá trình thu nhận tia bức xạ, quá trình thu nhận kết quả và biểu diễn hình ảnh được bổ sung các công cụ mới về kỹ thuật điện

tử, cơ khí và sự trợ giúp của máy tính nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác giải đoán, đánh giá hình ảnh Ngoài ra kỹ thuật chụp phóng xạ dùng tấm ảnh IP có thuận lợi trong việc lưu trữ, xử lý, ứng dụng công nghệ thông tin trong việc truyền tải dữ liệu trên toàn cầu

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu” được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2010 thuộc Đề án “Phát triển bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020” với mục tiêu như sau

Mục tiêu đề tài:

¾ Phát triển công nghệ chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số vào Việt nam

¾ Xây dựng quy trình chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số

¾ Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ số trên một số đối tượng cụ thể

¾ Đánh giá về kỹ thuật, an toàn phóng xạ, vấn đề môi trường và khả năng áp dụng

¾ Đào tạo kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số

Nội dung nghiên cứu:

1 Nghiên cứu cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số

- Nghiên cứu nguyên lý tạo ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số

- Nghiên cứu và tìm hiểu cơ chế quét ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh phóng

xạ số

- Phân loại tấm ảnh thu nhận bức xạ IP

2 Xây dựng quy trình kiểm tra và thử nghiệm

- Nghiên cứu và xây dựng quy trình kiêm tra vật liệu

- Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trên một số đối tượng cụ thể như mối hàn dạng tâm, dạng ống, loại sản phẩm đúc, vật liệu bê tông, vật liệu nhựa

4 Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ số

- Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo RT-D

- Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo RT-D cho các kỹ thuật viên đã được chứng nhận RT-F

- Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo thực hành cho kỹ thuật viên RT-D

Thời gian thực hiện của đề tài: 12 tháng từ tháng 10/2010 đến 9/2011 Đơn vị thực hiện: Trung tâm hỗ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp- Cục Kỹ

thuật An toàn và Môi trường Công Nghiệp

Kinh phí thực hiện đề tài: 680 triệu vnđ

PHẦN I: TỔNG QUAN

1 Tình hình trong và ngoài nước

Hiện nay với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển bùng nổ các thiết bị kỹ thuật số đã tạo ra những thuận lợi và ứng dụng ngày càng sâu rộng hơn phụ vụ lợi ích của con người Do vậy phương pháp chụp ảnh phóng xạ trong công nghiệp cũng được nghiên cứu ứng dụng cho kiểm tra vật liệu theo mục tiêu kỹ thuật số hóa các kết quả kiểm tra để phụ vụ cho công tác đánh giá chất lượng sản phẩm ngày càng thuận lợi hơn Đối với phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đã được nghiên cứu và phát triển từ cuối thế kỷ trước và đầu thế kỷ 21 ở Mỹ, Viện BAM của Đức, IAEA và tổ chức ISO Phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số cũng giống như phương pháp chụp ảnh thông thường, tuy nhiên sự khác biệt lớn nhất của hai kỹ thuật này là phương thức ghi nhận tia bức xạ

Với phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đã làm thay đổi cách xử lý

và biểu diễn kết quả kiểm tra Những thuận lợi của phương pháp chụp ảnh phóng xạ số so với chụp ảnh phóng xạ thông thường được thể hiện qua một số thống kê dưới đây

¾ Không dùng hóa chất xử lý phim, phòng tối và thiết bị phòng tối

¾ Khả năng lưu trữ dữ liệu tốt hơn, có thể kế nối dữ liệu trên toàn cầu, vấn

đề hội chẩn hình ảnh được thực hiện dễ dàng

¾ Công cụ đo chiều sâu bất liên tục, chiều dày vật liệu, đánh giá độ ăn mòn kim loại

¾ Thay đổi độ tương phản của ảnh chụp, lọc màu, điều chỉnh cấp độ màu giúp cho công tác giải đoán hình ảnh dễ dàng hơn

Ở Việt Nam các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) nói chung và kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nói riêng được ứng dụng từ những năm 1980 cho đến nay Các kỹ thuật này thực sự phát triển rộng khắp trên toàn lãnh thổ và ở hầu hết tất cả các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, các nhà máy Các kỹ thuật NDT cũng đã góp phần mang lại những hiệu quả nhất định cho nền kinh

tế, đặc biệt các kỹ thuật này thực sự không thể thiếu trong các quá trính chế tạo, lắp đặt cũng như trong quá trình bảo dưỡng bảo trì, đánh giá hư hỏng của các sản phẩm và các công trình công nghiệp

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ kỹ thuật số (các đầu dò nhậy, thiết bị thu nhận và tích luỹ ảnh) và các phần mềm xử lý, biểu diễn ảnh đã mạng lại nhiều lợi ích và tiện nghi cho người sử dụng Ở Việt Nam sự phát triển

và ứng dụng phương pháp này mới chỉ dừng lại trong phạm vi mua sắm thiết bị, còn việc triển khai và ứng dụng thực sự còn hạn chế chưa khai thác hết những

ưu điểm của phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số mang lại do nhiều nguyên nhân khác nhau Do vậy sự cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng và triển khai kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số vào Việt nam trong các lĩnh vực như năng lượng, kết cấu, giao thông và dự án Điện hạt nhân trong tương lai để mang lại hiệu quả tốt hơn với mục đích bảo đảm chất lượng, bảo vệ môi trường,

an toàn bức xạ Hy vọng rằng kết quả của đề tài sẽ tạo ra một cuộc “cách mạng” trong việc sử dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số ở Việt nam

PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRONG KIỂM TRA VẬT LIỆU

CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRUYỀN THỐNG

1.1- Cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ

1.1.1- Nguồn gốc của bức xạ tia X và tia Gamma

Nguồn gốc tia X: Năm 1895 Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc

nghiên cứu hiện tượng phóng điện qua không khí, trong thời gian thí nghiệm ông

đã chụp được một số hình ảnh của các vật thể khác nhau như hộp chứa các quả cầu, một khẩu súng ngắn Những bức ảnh này đã đánh dấu sự ra đời của phương pháp chụp ảnh bức xạ Năm 1913 Collidge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X năng lượng cao có mức độ xuyên thấu lớn hơn Ngày nay khoa học đã chứng minh bức xạ tia X được sinh ra từ bên ngoài hạt nhân nguyên tử do các electron chuyển động tới tương tác với phần tử làm bia, các electron chuyển động này bị hãm lại từ

từ hoặc một cách đột ngột chúng mất đi phần động năng ban đầu, phần động năng này được chuyển thành nhiệt năng hoặc phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ tia X Ngoài ra tia X cũng có thể được sinh ra khi electron có năng lượng đủ lớn làm bứt electron ở lớp vỏ nguyên tử bia, nguyên tử sau đó trở nên không bền vững và các electron khác trong cùng nguyên tử nhảy vào lấp chỗ trống các electron này sẽ mất một phần năng lượng bằng cách phát ra một lượng tử bức xạ, lượng tử này được gọi là tia X đặc trưng Năm 1930 hải quân Mỹ đồng ý dùng phương pháp chụp ảnh phóng xạ để kiểm tra các mối hàn của nồi hơi được lắp đặt trên tàu thủy sau đó phương pháp này được phát triển rộng khắp trong lĩnh vực hàng không, các nhà

máy điện, lĩnh vực luyện kim, lĩnh vực dầu khí v v

Nguồn gốc tia Gamma: Bức xạ gamma là một loại bức xạ điện từ chúng được

phát ra từ bên trong hạt nhân nguyên tử do quá trình dịch chuyển trạng thái của hạt nhân nguyên tử từ trạng thái kích thích về trạng thái bền vững hơn Bức xạ gamma được dùng trong chụp ảnh phóng xạ chủ yếu là bức xạ gamma phát ra từ các đồng

vị phóng xạ nhân tạo như Cobalt-60, Iridium-192, Cesium-137, Thulium-170

1.1.2- Tương tác của bức xạ với vật chất

Xét một chùm tia bức xạ đi qua vật liệu có chiều dày là t thì một số tia có thể đi qua được toàn bộ chiều dày, một số tia bị hấp thụ hoặc bị tán xạ theo nhiều hướng khác nhau do đó cường độ tia bức xạ sẽ bị suy giảm một phần Sự suy giảm của chùm tia bức xạ phụ thuộc vào năng lượng của tia bức xạ, loại vật liệu, mật độ và

Chùm bức xạ tia tới

Bức xạ tia X đặc trưng Quang electron

e -

chiều dày của vật liệu mà chúng xuyên qua Cường độ bức xạ sau khi đi qua chiều dầy t vật liệu là I=I0 x e-µt (xem hình I.1) Trong đó µ được gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính, I0 là cường độ bức xạ ban đầu Hệ số µ là một hàm số của các tham số chính là năng lượng của tia bức xạ, chiều dày, mật độ và loại vật liệu Có ba hiệu ứng cơ bản làm suy giảm cường độ của chùm tia tới sau khi đi qua vật liệu đó là: Hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp Để tính toán cho các hiệu ứng trên thì giá trị hấp thụ tuyến tính có thể được biểu diễn như sau: µ=(τ+σ+κ) Trong đó τ là hệ số suy giảm do sự hấp thụ quang điện, σ là

hệ số suy giảm do sự tán xạ Compton và κ là hệ số suy giảm do sự tạo cặp Các hệ

số suy giảm này được thể hiện qua các nội dung dưới đây

Hình 1: Quá trình hấp thụ bức xạ của vật liệu

a) Hiệu ứng quang điện

- Trong quá trình xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện, bức xạ tia X hoặc tia gamma truyền toàn bộ năng lượng của chúng cho một electron nằm ở lớp vỏ trong cùng của một nguyên tử để bứt electron này ra khỏi nguyên tử và truyền cho electron một động năng nào đó (hình I.2) Trong quá trình này, bức xạ tia X hoặc tia gamma biến mất, hạt electron được bứt ra khỏi nguyên

tử được gọi là quang electron

Hình 2: Sự hấp thụ quang điện

- Sự hấp thu quang điện xảy ra chủ yếu đối với các electron nằm trong lớp vỏ điện tử có liên kết bền vững và không xảy ra đối với các electron tự do (liên kết yếu) điều này là do định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng Do đó,

sự hấp thụ quang điện thường xảy ra đối với các electron nằm ở lớp K của nguyên tử Khi năng lượng của bức xạ tia X hoặc tia gamma gần bằng năng lượng liên kết của các electron trong lớp vỏ nguyên tử thì có một sự gia tăng đột ngột quá trình hấp thụ Năng lượng mà tại đó xuất hiện sự hấp thụ gia tăng đột ngột rõ nét này được gọi là biên hấp thụ K (Giới hạn hấp thụ K) Hiển nhiên vị trí mà tại đó động năng của electron bay ra là bằng không Mặt khác khi năng lượng của tia X hoặc tia gamma tăng lên sẽ làm cho sự hấp thụ quang điện giảm xuống và biên hấp thụ xuất hiện ở dải năng lượng bức xạ thấp hơn Trong quá trình này, thường đi kèm theo quá trình phát ra electron quang điện là bức xạ tia X đặc trưng Xác xuất xảy ra sự hấp thụ quang điện chủ yếu đối với tia bức xạ có năng lượng (E) thấp và nguyên tố

có nguyên tử số Z lớn, do các electron trong các nguyên tử này liên kết bền vững hơn và xác suất này biến thiên gần đúng với tỷ lệ 1/E3.5 và Z5 Qua đó

ta có thể hiểu rằng tại sao trong thực tế thì chì (Pb) có Z=82 và Uranium có Z=92 dùng để che chắn chống bức xạ tia X hoặc tia gamma rất hiệu quả

b) Hiệu ứng tán xạ Compton

- Khi năng lượng của photon lớn hơn mức năng lượng liên kết của electron nằm ở lớp K (cạnh hấp thụ K hay giới hạn hấp thụ K) thì hiệu ứng Compton bắt đầu xảy ra Bức xạ tia X hoặc tia gamma cũng giống như một hạt có thể truyền một phần năng lượng của nó cho một electron sau đó bứt electron này

ra khỏi nguyên tử và chuyển động với một vận tốc nào đó còn bản thân bức

xạ tia X hoặc tia gamma cũng bị tán xạ ra xa theo một góc nào đó với sự suy giảm năng lượng so với năng lượng ban đầu (xem hình I.3)

- Tán xạ Compton xảy ra chủ yếu đối với các electron tự do và các electron liên kết yếu nằm ở lớp ngoài cùng của nguyên tử do những electron này có thể xem như là tự do đối với bức xạ tia X hoặc tia gamma có năng lượng cao Xác suất xảy ra tán xạ Compton tăng theo một cách tuyến tính với nguyên tử số của vật liệu chịu tương tác và giảm xuống chậm khi năng lượng của bức xạ tia X hoặc tia gamma tăng lên Đối với dải năng lượng bức

xạ được dùng trong chụp ảnh bức xạ thì trong dải năng lượng trung bình hiệu ứng Compton là quá trình suy giảm quan trọng nhất Thực tế sự tác động của bức xạ tán xạ mà phần lớn những bức xạ đi đến phim có một

hướng khác với hướng truyền của bức xạ sơ cấp Bức xạ sơ cấp tạo ra ảnh chụp trên phim còn bức xạ tán xạ Compton có khuynh hướng là làm mờ hình ảnh Khi năng lượng của bức xạ sơ cấp tăng lên thì tỉ lệ phần trăm bức

xạ tán xạ Compton lớn hơn sẽ hướng về phía trước gần trùng với hướng truyền chùm bức xạ sơ cấp Nếu bức xạ tia X hoặc tia gamma bị tán xạ có năng lượng không thay đổi thì quá trình này được gọi là quá trình kết hợp hay còn gọi là tán xạ Rayleigh

Hình 3: Sự tán xạ compton

c) Hiệu ứng tạo cặp

- Khi chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma có năng lượng đủ lớn (≥ 1.02 MeV) thì quá trình tạo cặp có thể xảy ra Bức xạ tia X hoặc tia gamma tương tác với vật chất trong điện trường của hạt nhân tạo ra một electron (mang điện tích âm) và một positron (mang điện tích dương) Trong quá trình này bức

xạ biến mất và tạo ra một cặp electron và positron (xem hình I.4)

- Khác với quá trình hấp thụ quang điện và tán xạ Compton, quá trình tạo cặp không gây ra sự ion hóa nguyên tử Sự tạo cặp chiếm ưu thế hơn các dạng tương tác khác đối với bức xạ ở dải năng lượng cao Xác suất xảy ra hiệu ứng này tăng lên nhanh cùng năng lượng bức xạ

1.1.3- Nguyên lý nghi nhận bức xạ tia X và tia Gamma

a) Ghi nhận bức xạ bằng phim

- Giống như ánh sáng nhìn thấy được, bức xạ tia X và tia gamma gây ra những thay đổi quang hóa trong lớp nhũ tương của phim, vì thế chúng tạo ra những thay đổi về mật độ quang học (độ đen) của phim tia X Quá trình làm đen phim phụ thuộc vào cả số lượng và chất lượng của bức xạ đi đến tương tác với phim Khi bức xạ đi đến tương tác với lớp nhũ tương của phim sẽ hình thành một hình ảnh tiềm tàng và được gọi là “ảnh ẩn” Quá trình này xảy ra theo cơ chế sau đây: Lớp nhũ tương trên phim chụp ảnh phóng xạ có chứa những tinh thể bạc bromua nhỏ li ti Dưới tác động của bức xạ có năng lượng hν thì một ion âm bromua (Br-) giải phóng bớt một electron của nó để trở về trạng thái trung hòa Phân tử AgBr2 được tạo thành từ hai liên kết dạng Hiđro có năng lượng liên kết khoảng 204,2kCal/mol Để tạo ra ảnh ẩn phân tử AgBr cần thiết phải được truyền giá trị năng lượng tối thiểu là 208,4 kCal/mol thì phân tử sẽ được tách ra thành các ion dương và âm

- Phim được sử dụng phổ biến trong phương pháp chụp ảnh bức xạ sử dụng tia X và tia gamma trong những năm qua Phương pháp này có một ưu điểm

là cho kết quả ghi nhận có độ sắc nét cao, lưu giữ được lâu dài

c) Ghi nhận bức xạ bằng detector điện tử

- Tất cả các detector điện tử được sử dụng hầu hết đều là detector nhấp nháy

mà những detector nhấp nháy này hoạt động dựa trên những nguyên lý giống như nguyên lý ghi nhận huỳnh quang được mở rộng và theo cách khac nhau Một detector nhấp nháy gồm có một bản tinh thể nhấp nháy và một ống nhân quang điện Bản tinh thể nhấp nháy có thể chứa nhiều chất nhấp nháy khác nhau đó là thodium được kích hoạt bởi lithium iodides Bản tinh thể nhấp nháy thường được phủ bởi một lớp berylium mỏng và bên dưới lớp berylium này là một lớp mỏng bằng nhôm Berylium là một chất chắn sáng nhưng nó cho phép bức xạ tia X đi qua nó Nhôm có chức năng như là một chất làm phản xạ ánh sáng Giữa Bản tinh thể nhấp nháy và ống nhân quang điện là một chất như silicon Chất silicon này có một hiệu suất phát sáng nhấp nháy trong bản tinh thể nhấp nháy cao

- Khi bức xạ đi đến tương tác vào bản tinh thể nhấp nháy (NaI hoặc LiI được làm tăng hoạt tính bằng chất thallium hay germanium tương ứng), thì bức xạ

có thể mất đi một phần hay toàn bộ năng lượng của chúng do bởi quá trình hấp thụ và phát ra ánh sáng nhấp nháy bên trong bản tinh thể nhấp nháy (theo tính chất huỳnh quang thì ánh sáng này thường nhìn thấy được trên màn) Cường độ ánh sáng phát ra là một hàm theo năng lượng của bức xạ đi đến tương tác với bản tinh thể Ánh sáng được truyền đến photocathode (photocathode là một chất có thể phát ra eletron khi bị ánh sáng nhìn thấy chiếu vào) của ống nhân quang điện Ánh sáng này sẽ giải phóng cac eletron

ra khỏi cathode Những electron này sau đó va chạm vào anode thứ nhất của ống nhân quang điện Trên mỗi anode sẽ có sự khuếch đại số lượng các

electron va đập vào và sẽ cho một quá trình khuếch đại có thể đạt đến trên

109 Những electron được khuếch đại này cuối cùng sẽ đập vào anode, từ đó

sẽ tạo ra một xung điện được khuếch đại qua bộ tiền khuếch đại và sau đó đưa qua một bộ phân tích hay bộ phân tách

1.2- Phân tích và đánh giá các yếu tố tác động đến môi trường và các điều kiện khác nhau đến kết quả kiểm tra

Trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ truyền thống các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra chủ yếu là độ nhạy, độ tương phản và độ sắc nét được thể hiện trên phim sau khi xử lý Sự ảnh hưởng của các yếu tố này được thể hiện qua các sơ

đồ sau đây

Hình 5: Sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy

Diễn giải sơ đồ:

- Năng lượng: Khi năng lượng chùm tia tới lớn (bước sóng ngắn) dẫn đến khả năng bị tán xạ nhiều hơn làm ảnh hưởng đến độ tương phản

- Độ đen: độ đen quá cao hoặc quá thấp cũng ảnh hưởng đến độ tương phản

và độ rõ nét của ảnh chụp phóng xạ

- Loại phim: Phim có độ hạt mịm sẽ cho chất lượng phim tốt và độ tương phản cao hơn so với phim có độ hạt thô; hay từ loại phim có xuất sứ từ các hãng sản suất khác nhau cũng ảnh hưởng đến độ tương phản của phim Tùy theo chiều dày vật liệu của đối tượng kiểm tra, kỹ thuật và qui trình xử lý phim: thời gian hiện quá lâu hoặc quá ít dẫn đến độ đen và thấp, suy ra độ tương phản kép; nhiệt độ quá trình hiện cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ tương phản Khi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp dẫn đến sự tương tác của hóa chất với các phần tử AgBr trên phim quá nhanh hoặc quá chậm Thông thường nhiệt độ từ khoảng 20-22oC là phù hợp nhất Loại hóa chất và nồng

độ cũng ảnh hưởng gián tiếp đến độ tương phản làm ảnh hưởng đến độ nhạy kiểm tra Kinh nghiệm xử lý phim cũng có ý nghĩa rất lớn và ảnh hưởng trực tiếp đến độ tương phản, độ sắc nét của ảnh chụp phóng xạ

- Màn tăng cường hình ảnh: mục đích sử dụng màn tăng cường để làm tăng khả năng tương tác của tia bức xạ với phim nhằm mục đích giảm thời gian chiếu Tuy nhiên có nhiều loại màn tăng cường như màn chì, màn kim loại huỳnh quang, màn muối kim loại, trong đó màn chì thường được sử dụng nhiều nhất bởi vì nó cho độ tương phản trên phim tốt nhất

- Bố trí hình học: việc bố trí hình học cũng ảnh hưởng đến độ sắc nét của ảnh chụp khi nguồn phóng xạ được bố trí gần đối tượng kiểm tra, suy ra độ nhòe hình học lớn làm độ sắc nét kém đi Khi tăng khoảng cách từ nguồn đến phim thì độ nhòe hình học giảm làm tăng độ sắc nét của phim, tuy nhiên thời gian chiếu phải lớn hơn, do cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

- Tán xạ: Đối với các vật liệu có chiều dày mỏng thì tia bức xạ đi xuyên qua chỉ sau một vài lần va chạm nhỏ hoặc không va chạm với vật liệu Ngược lại, đối với những vật liệu dày thì một số bức xạ tán xạ cuối cùng được phát

ra cùng với bức xạ không bị làm yếu Khi xảy ra điều này thì cường độ bức

xạ đo được sau khi bức xạ đi qua một vật liệu sẽ cao hơn đáng kể so với cường độ bức xạ được tính toán bằng cách sử dụng phương trình hấp thụ đơn giản Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng tích lũy bức xạ do một chuỗi quá trình tương tác bức xạ Điều này có một tầm quan trọng đáng kể trong việc tính toán độ nhạy của việc chụp ảnh phóng xạ Theo định nghĩa thì cường độ bức xạ trực tiếp là thành phần cường độ bức xạ đi đến phim theo một đường thẳng từ nguồn đến phim Do đó bức xạ này tạo ra được hình ảnh của các khuyết tật nằm bên trong mẫu vật lên phim Bức xạ tán xạ

là thành phần bức xạ đi đến một điểm trên phim theo mọi hướng khác với hướng truyền chùm tia bức xạ trực tiếp Do đó bức xạ tán xạ không thể tạo

ra một hình ảnh của một khuyết tật của một vị trí chính xác trên phim và khi bức xạ tán xạ đi đến bất kỳ điểm nào trên phim được tập chung bao phủ trên một góc rộng nên sự tác động của bức xạ tán xạ sẽ là cho toàn bộ hình ảnh ghi nhận được trên phim bị mờ Cho nên bức xạ tán xạ không có chức năng tạo ảnh và sự tác động của bức xạ tán xạ xẽ làm giảm đi độ tương phản của ảnh chụp bức xạ trên phim

- Tán xạ ngược: yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến độ tương phản và độ sáng của ảnh chụp phóng xạ Do có sự tán xạ ngược quá lớn lên phim làm mật độ quang học trên phim lớn dẫn đến độ đen lớn và ảnh hưởng đến độ nhạy của ảnh chụp phóng xạ

1.3- Phân tích và diễn giải khuyết tật học

- Tạp chất dạng khí (Gas Inclusion): Khí có thể tạo thành ngay trong bể kim

loại hàn nóng chảy do nhiều nguyên nhân và nó có thể bị kẹt trong mối hàn nếu không có đủ thời gian để thoát khỏi bể kim loại lỏng trước khi đông đặc lại Sự hình thành khí có thể gây ra các phản ứng hóa học trong quá trình hàn, độ ẩm và điện cực quá cao hoặc trên các mép hàn cũng bị ẩm, cột hổ

quang quá ngắn, dòng điện hàn không đúng, sai cực hàn:

(a) Rỗ khí tập chung: Loại rỗ khí này được đặc trưng bởi sự tập chung của các

lỗ rỗ tách biệt nhau bởi những nhóm lỗ rỗ tự do

Hình 6: Rỗ khí phân bố tập trung

(b) Rỗ khí phân bố theo dạng đường: Dạng này được đặc trưng bởi các lỗ rỗ mà

sự phân bố của nó theo đường thẳng và thường xảy ra trong các đường hàn dưới đáy

- Tạp chất dạng xỉ (Slag Inclusions): Hầu hết các tạp chất trong mối hàn đều

là xỉ bị kẹt lại trong kim loại lắng đọng trong quá trình kết tinh Tạp chất xỉ

có thể đến từ lớp vỏ bọc điện cực hoặc chất trợ dung khi hàn Mục đích của

chất trợ dung là loại trừ các tạp chất lạ ra khỏi kim loại Nếu kim loại ngừng cung cấp để duy trì sự nóng chảy trong một giai đoạn đủ để xỉ nổi lên bề mặt thì xỉ không bị kẹt lại trong kim loại hàn Trong các mối hàn nhiều lớp, sự làm sạch không được kỹ các đường hàn giữa các đường hàn giữa các lớp hàn

có thể không loại trừ tất cả các lớp bọc xỉ còn sót lại Điều này gây ra sự kẹt

xỉ ở lại trong kim loại khi ta hàn chồng lớp khác lên Các bề mặt bẩn và không đồng đều, lượn sóng hay sự cắt rãnh trên lớp hàn sẽ góp phần (tạo điều kiện) cho xỉ bị kẹt lại Khuyết tật lẫn xỉ thường đi kèm với khuyết tật không thấu, sự nóng chảy không hoàn toàn, các bề mặt dưới đáy sai kích thước, rãnh quá hẹp và sự điều khiển điện cực hàn sai qui cách cũng gây ra kẹt xỉ

Hình 9: Ngậm xỉ trong đường hàn

- Hàn không thấu (Lack of Penetration): Đa số tại chân mối hàn kim loại

không được điền đầy một cách đầy đủ và một khoảng trống sẽ hình thành tại

đó Sự xuyên thấu không phù hợp này gây ra do khe hở của chân mối hàn quá nhỏ, điện cực quá lớn, cường độ dòng điện không đủ, tốc độ hàn nhanh, cách vát mép không thích hợp v v Trong các mối hàn cần có sự xuyên thấu hoàn toàn, dạng khuyết tật này thường không được chấp nhận và yêu cầu phải loại bỏ hoàn toàn và cho hàn lại Trên ảnh chụp phóng xạ thể hiện một đường màu đen tại tâm đường hàn và rất sắc nét, như hình sau đây

Hình 10: Bất liên tục không thấu chân

- Hàn không ngấu (Lack of Fusion) : Không ngấu xảy ra tại các bề mặt nơi

các lớp kim loại tiếp giáp nhau, hoặc tại nơi kim loại cơ bản và kim loại hàn Kim loại tại đó không đạt tới sự nóng chảy cần thiết do sự hình thành các lớp oxide rất nhỏ trên bề mặt kim loại Nó thường xuất hiện do sự đứt gẫy, làm tăng nhiệt độ của kim loại cơ bản hoặc của kim loại hàn kết tủa trước đủ lớn cho phép mọi loại lớp oxide, xỉ, tạp chất phát triển tới bề mặt kim loại Trên ảnh chụp phóng xạ thể hiện một đường màu đen và thường đậm hơn bất liên tục dạng gậm xỉ như hình dưới đây

Hình 11: Bất liên tục dạng không ngấu

- Nứt (Crack): Nứt là một loại đứt gẫy dạng đường của kim loại dưới tác

dụng của ứng suất Nứt có nhiều hình dạng và chủng loại rất khác nhau Chúng được định vị trí bằng cách đánh số ở trên và xung quanh mối hàn Nứt trong mối hàn có thể được phân nhóm tùy theo nơi chúng bắt nguồn trên mối hàn hoặc trên kim loại cơ bản Có bốn loại chung thường xảy ra trong kim loại hàn: Nứt ngang, nứt dọc, nứt dạng sao Nứt trong kim loại cơ bản

có thể được phân ra năm loại như sau: Nứt ngang, nứt dưới đường hàn, nứt ở cạnh mặt ngoài mối hàn, nứt tại chân mối hàn, nứt phân lớp

a) Nứt ngang(Transverse Cracks): Trong kim loại hàn khi đông đặc, có một ứng suất co kéo chế ngự theo chiều trục của mối hàn Nó có thể gây ra nứt nóng, phân chia giữa các hạt là hậu quả của nứt (dòn) nóng hoặc sự

co định vị trong một mặt phẳng, hoặc có thể chúng bị phân chia ngang qua các hạt do ứng suất vượt quá sức bền của vật liệu Nứt ngang nằm trong mặt phẳng vuông góc (mặt phẳng pháp tuyến) với trục của mối hàn

và thường hở miệng về phía bề mặt trên của mối hàn Chúng thường kéo dài ngang qua toàn bộ mặt của mối hàn và đôi khi phát triển sâu vào trong kim loại cơ bản Nứt ngang trong kim loại cơ bản xảy ra trên bề mặt nằm trong hoặc cạnh vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn Chúng là kết quả của ứng suất dư cao sinh ra do sự tuần hoàn nhiệt trong quá trình hàn Độ cứng cao, sự co kéo quá mức, và sự có mặt của H2 thúc đẩy sự hình thành nứt ngang Nứt như vậy ăn sâu vào trong kim loại hàn hoặc nằm ngoài vùng ảnh hưởng nhiệt của kim loại cơ bản Trên ảnh chụp phóng xạ hình dạng vết nứt ngang đường hàn được thể hiện như hình dưới đây

Hình 12: Bất liên tục dạng nứt ngang

b) Nứt dọc (Longitudinal Cracks): Có thể tồn tại ở ba dạng, phụ thuộc vào

vị trí của nó trong mối hàn Nứt tại chân kéo dài từ chân cho tới điểm nào

đó trong phạm vi mối hàn Toàn bộ đường tâm của vết nứt có thể kéo dài

từ đáy cho đến mặt của kim loại hàn Nứt có thể sinh ra bởi ứng suất co kéo lớn trong pass hàn cuối cùng trên mối hàn hoặc bởi cơ chế nứt nóng Nứt chân là dạng thông thường nhất của loại nứt dọc trong mối hàn do kích thước của lớp hàn đáy tương đối nhỏ gây ra Nếu các loại nứt như vậy không được lọa trừ khi chúng có thể phát triển sâu vào trong mối hàn, khi ta hàn đắp thêm các lớp hàn sau nữa Đây là cơ chế hình thành thông thường nhất của đường tâm vết nứt Đường tâm vết nứt có thể xảy

ra ngay tại nhiệt độ cao hay nhiệt độ thấp Tại nhiệt độ thấp, nứt thường

là kết quả của sự tạo khe hở không đủ, khe hở kẹp chặt khá lớn, hoặc tỷ

số giữa kim loại hàn vào và kim loại cơ bản nhỏ Toàn bộ ba loại nứt dọc thường phát triển theo hướng vuông góc với mặt mối hàn và chạy theo mặt phẳng phân đôi mối hàn

Hình 13: Bất liên tục dạng nứt dọc đường hàn

c) Nứt dạng sao (Crater Cracks): Đúng như tên đã gọi, nứt hình sao xảy ra trong mối hàn, dạng sao hình thành tại đầu mút của đường hàn Nói chung, loại nứt này do sự trục trặc về việc hàn thêm tại nơi dừng que hàn trước khi tắt hồ quang Khi xảy ra vết nứt này, mép ngoài của vết hình sao bị làm nguội nhanh chóng, tạo ra một ứng suất vừa đủ để làm nứt phía bên trong của vết dạng sao này Dạng nứt này có thể phát triển theo hướng dọc hoặc hướng ngang, hoặc có thể xảy ra khi có một số vết nứt giao nhau chạy dài theo trục của mối hàn tạo thành đường tâm nứt Thêm

vào đó các vết nứt như vậy có thể phát triển lên phía trên xuyên qua mối hàn nếu ta không chịu loại bỏ nó trước khi hàn một lớp mới đè lên

d) Nứt ở mép và tại chân đường hàn (Toe and Root Crack): Dạng này có thể

xảy ra tại các rãnh có mặt trên mối hàn khi có mặt ứng suất dư Cả hai loại nứt này phát triển xuyên qua vùng ảnh hưởng nhiệt giòn dễ gây trước khi chúng bị ngăn lại tại miền có tính dẻo cao hơn của kim loại cơ bản Điển hình, chúng được định hướng hầu như vuông góc với bề mặt kim loại cơ bản và chạy song song với trục mối hàn

e) Nứt đường nóng chảy (Fusion Line Cracks): có thể được xếp vào loại nứt kim loại hàn hay loại nứt kim loại cơ bản cũng được, vì chúng xảy ra dọc theo đường nóng chảy giữa kim loại cơ bản và kim loại hàn

- Lõm tại chân mối hàn (Root Concavity): Lõm tại chân mối hàn thường

được tạo ra bằng phương pháp hàn FCAW Đó chính là rãnh được tạo ra tại chân của mối hàn giáp mép hàn một phía Ở phía trên cùng của mối hàn kim loại lỏng được hút vào khe hở vát mép do tác dụng của trọng lực trong khi

đó ở dưới vị trí vát mép này kim loại lại bị đẩy lên trên do sức căng bề mặt kéo nó vào khe hở vát mép, nên mới tạo ra vết lõm như vậy

Hình 14: Bất liên tục dạng lõm chân

- Cháy cạnh (Under Cut): Trong quá trình hàn lớp cuối cùng hoặc lớp hàn

phủ sau chót, mép hàn hở trên cùng của mép vát cạnh mối hàn bắt đầu nóng chảy và chìm xuống và vào trong kim loại hàn ở trong rãnh hàn Tình trạng khuyết rãnh xảy ra khi kim loại hàn đắp không được đưa vào đầy đủ do đó tạo ra rãnh tại ngay mép của đường hàn Kết quả là một cái rãnh gián đoạn

hoặc liên tục xảy ra, nó chạy song song với đường hàn Khuyết tật dạng này

có thể xảy ra do dùng cường độ dòng điện hàn quá lớn, chiều dài hồ quang không đúng mức, di chuyển điện cực nhanh, điều khiển que hàn không đúng cách

Hình 15: Bất liên tục dạng cháy thủng

- Cháy thủng (Burn Through): Một vùng cháy thủng là một đoạn của đường

hàn mà ở đó sự xuyên thấu xảy ra quá mạnh tạo ra một bể kim loại hàn nóng chảy tạo lỗ thủng ở phía chân của mối hàn Các yếu tố sau đây có thể gây ra loại khuyết tật này: Dòng điện hàn cao, tốc độ di chuyển điện cực (dây hàn ) chậm, điều khiển que hàn (dây hàn) không đúng quy cách v v

Hình 16: Bất liên tục dạng cháy thủng

9 Máy đo độ đen để xác định độ đen của phim chụp ảnh phóng xạ, thiết

bị này cần phải được kiểm chuẩn hàng năm để kết quả đo được chính xác

9 Thước đo đa năng để xác định kích thước bất liên tục

c) Nhân viên giải đoán: Nhân viên thực hiện giải đoán ảnh chụp phải có những kiến thức đầy đủ về các nội dung chuyên môn và cách sử dụng thiết bị Điều này được thể hiện qua các nội dung sau đây

9 Thị lực của nhân viên giải giải đoán: nghĩa là nhân viên phải có thị lực tốt, khả năng nhìn gần, không bị mù mầu

9 Kiến thức về đánh giá độ nhạy chất lượng ảnh khi sử dụng vật chỉ thị IQI, có nghĩa là cần phải xác định khả năng phát hiện bất liên tục nhỏ nhất mà kỹ thuật có thể nhận diện được Điều này tùy thuộc vào tiêu chuẩn áp dụng

9 Phương pháp đánh giá độ đen của ảnh chụp phóng xạ: Cần phải xác định độ đen nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn áp dụng Độ đen trên ảnh chụp phóng xạ phải đều trên toàn bộ vùng quan tâm

9 Hiểu rõ về đối tượng kiểm tra: bao gồm các vật liệu như thép, nhôm, thép không gỉ, bê tông v v

9 Kiến thức quá trình gia công vật liệu như các loại sản phẩm đúc, rèn, hàn Trong quá trình hàn (kỹ thuật hàn) như hàn hồ quang, hàn bán tự động hay hàn TIG v v

9 Nhận biết và đánh giá về khả năng tán xạ ngược có thể xảy ra

9 Nhận diện và phân loại các bất liên tục được phát hiện trên ảnh chụp phóng xạ

9 Đo đạc các kích thước bất liên tục và khoảng cách giữa chúng

9 Thông hiểu về tiêu chuẩn áp dụng để đánh giá chấp nhận trong loại bỏ bất liên tục được phát hiện

9 Thiết lập báo cáo kết quả đánh giá ảnh chụp

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ KỸ THUẬT SỐ

Kỹ thuật chụp

phim số hóa

dưới bản tinh thể lỏng có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ chớp sáng để tạo tín hiệu điện, qua bộ chuyển đổi tương tự số cùng với khóa tuyến tính sẽ đồng bộ hóa các tính hiệu thu nhận được tạo ma trận số tín hiệu Các tín hiệu thu được từ các photodiode

có biên độ cỡ mV và sẽ được khuyếch đại sơ bộ qua tiền khuyếch đại để có thể truyền được đi xa hơn Tín hiệu thu được sau màn ghi nhận là tín hiệu tương tự, các tín hiệu này có thể được coi là các ảnh ẩn trong chụp ảnh phóng xạ được mã hóa vị trí, biên độ trước khi chuyển đổi thành tín hiệu số và tái tạo ảnh sau này Kỹ thuật sử dụng thiết bị dãy detector số ghi nhận trực tiếp có ưu điểm là hình ảnh của đối tượng kiểm tra được thể hiện ngay tức thời do vậy nhân viên kiểm tra có thể biết ngay được bức ảnh thu được có các thông tin như thế nào, điều này rất thuận tiện cho phép kiểm tra lại nếu thông tin của ảnh chụp chưa thỏa đáng với yêu cầu đặt ra Đối với kỹ thuật này hệ thiết bị detector ghi nhận tia bức xạ rất quan trọng

và nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy, độ sắc nét cung như chất lượng của ảnh

chụp bức xạ

Kỹ thuật số hóa phim truyền thống bằng cách sử dụng máy quét laser có bước sóng 680nm (ánh sáng đỏ) với cường độ ánh sáng cỡ 1000Lux, kích thước chùm tia là 50µm quét phim X-quang sau khi đã xử lý bằng hóa chất và làm khô Trong quá trình quét hình ảnh trên phim ánh sáng laser sẽ đập vào ống lựa chọn trên đó

có các photodiode dạng CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) hoặc CCD (Charge Couple Device) nhạy sáng, các tín hiệu được ghi nhận và chuyển thành tín hiệu điện (analog), tín hiệu này qua chuyển đổi tương tự số trở thành tín hiệu số được lưu trữ và xử lý trên máy tính Quá trình chuyển đổi tương

tự số được thực hiện tương tự như các bộ chuyển đổi của các thiết bị Scan văn phòng thông thường

2.2- Cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số

Trên tấm ảnh IP được phủ một lớp hỗn hợp bao gồm ba loại bari fluorohalides khác nhau được pha tạp europi BaFI: Eu 2+/3+, BaFCl:

Eu 2+/3+ và BaFBr: Eu 2+/3+ , kích cỡ của hạt tinh thể nhạy bức xạ này tùy theo từng loại khác nhau có giá trị từ 25 đến 100µm Khi tấm ảnh IP bị chiếu bởi tia bức

xạ, các nguyên tử Europi trong mạng tinh thể bị ion hóa từ 2+Æ3+ và kèm theo giải phóng một electron Năng lượng của các electron này nằm trong vùng cấm (vùng F/F+) giữa hai vùng năng lượng hóa trị và vùng dẫn, ngoài ra các electron

này rất dễ dàng được nhẩy lên mức năng lượng trong vùng dẫn nếu chúng được cung cấp một giá trị năng lượng phù hợp Số lượng electron bị rơi vào “bẫy” và bị

“mắc kẹt” tỉ lệ thuận với số lượng tia bức xạ được hấp thụ, các electron bị “mắc kẹt” này trở thành hình ảnh ẩn trên tấm ảnh IP Hình 2 mô tả nguyên lý thu nhận tia bức xạ của tấm ảnh IP trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số sử dụng tấm ảnh IP

Hình 18: Quá trình tạo ảnh ẩn trên tấm ảnh IP

Trong kỹ thuật này giá trị độ xám (liều chiếu) trên tấm ảnh IP sau khi đã được chiếu tia bức xạ sẽ dần dần yếu đi do quá trình chuyển động nhiệt của các electron trong vùng bị mắc kẹt sẽ từ từ thoát khỏi bẫy Do vậy những hình ảnh ẩn trên tấm ảnh IP sẽ dần dần mất đi và các thông tin về mẫu vật kiểm tra cũng vì thế mà mất theo Bởi vậy không nên chậm trễ trong quá trình quét ảnh sau khi tấm ảnh này đã được chiếu tia bức xạ Trên hình 3 chỉ ra mối quan hệ giữa trị số độ xám trung bình quét được so với thời gian quét trễ đối với tấm ảnh IP sau khi những đã được thực hiện phép chiếu tia bức xạ

Hình 19: Sự mất mát thông tin theo thời gian quét trễ

2.3- Cơ chế đọc ảnh

Quá trình thu nhận thông tin trên tấm ảnh IP được thực hiện bằng cách quét tấm ảnh này với tia laser có kích thước từ 25µm đến 100µm Tia laser sẽ kích thích các electron bị mắc kẹt tại vùng trung gian nhẩy lên vùng dẫn, ở đó các electron tự

do chuyển động đến các nguyên tử Europi và rời khỏi vùng dẫn năng lượng cao để trở về trạng thái năng lượng trung gian của mức Eu2+, sự biến đổi này sẽ giải phóng năng lượng thông qua quá trình phát xạ ánh sáng Hình 4 chỉ ra cách thức thu nhận hình ảnh ẩn trên tấm ảnh IP Vì sự khác biệt về năng lượng giữa vùng dẫn và các nguyên tử Europi là lớn hơn so với giữa vùng dẫn và vùng trung gian nên ánh sáng phát ra (màu xanh tím) có năng lượng cao hơn ánh sáng đỏ của tia laser cần thiết

để kích thích các electron bị bắt giữ Sự khác biệt về bước sóng giữa ánh sáng phát

ra và tia laser là cơ sở quan trọng trong việc ghi nhận ánh sáng phát ra không bị ảnh hưởng và thông tin về mẫu vật kiểm tra không bị biến dạng Ánh sáng trên tấm ảnh IP phát ra sau khi được chiếu tia Laser kích thích sẽ được photodiode thu lại chuyển thành tín hiệu điện truyền qua bộ khuếch đại và ADC thành hình ảnh trên máy tính

(a)

2.4- Phân loại tấm ảnh IP

Phân loại phim IP: Phim IP được phân chia thành các cấp khác nhau tùy theo tiêu

chuẩn áp dụng và được phân biệt thông qua tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Phim

có chỉ số SNR càng cao thì chất lượng hình ảnh thể hiện càng tốt và ngược lại

Bảng 1 chỉ ra dưới đây bảng phân loại phim IP ở các cấp khác nhau:

Hình 20: Quá trình đọc ảnh ẩn trên tấm ảnh IP

(hình a mô tả lý thuyết, hình b mô tả thực nghiệm, hình c mô tả một thiết bị quét ảnh)