thí nghiệm Phương pháp chụp ảnh phóng xạ NDT2

bài tập phóng xạ×+Phương pháp chụp ảnh phóng xạ×+Thực hành chụp anh phóng xạ×bài tập phóng xạ×+Phương pháp chụp ảnh phóng xạ×+Thực hành chụp anh phóng xạ×bài tập phóng xạ×+Phương pháp chụp ảnh phóng xạ×+Thực hành chụp anh phóng xạ×Từ khóabài tập phóng xạ×+Phương pháp chụp ảnh phóng xạ×+Thực hành chụp anh phóng xạ×Từ khóabài tập phóng xạ×+Phương pháp chụp ảnh phóng xạ×+Thực hành chụp anh phóng xạ×Từ khóabài tập phóng xạ×+Phương pháp chụp ảnh phóng xạ×+Thực hành chụp anh phóng xạ×Từ khóa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN & VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHẦN CÁC BÀI THÍ NGHIỆM NDT NÂNG CAO Thuộc học phần: KỸ THUẬT KIỂN TRA KHÔNG PHÁ MẪU – NE4203

- Mã lớp: ……

- Thời gian thí nghiệm: 3h/bài

- Hình thức kiểm tra: Viết báo cáo kết quả

- Tổng số bài thí nghiệm: 3 bài.

BÀI 4 : KỸ THUẬT CHỤP ẢNH BỨC XẠ TRÊN MỐI HÀN ỐNG

I Mục đích thí nghiệm

Sinh viên nắm bắt và thực hiện thành thục quy trình chụp ảnh bức đối với các

mối hàn ống xạ trong công nghiệp

II Thiết bị thí nghiệm

- Máy phát X-ray đã khởi động sẵn sàng

- Film 10 x 20mm (Fuji hoặc Kodak)

Nguyên lý chụp ảnh bức xạ: 1- Nguồn bức xạ; 2- Tia bức xạ; 3- Vật chụp;

- Đối với mỗi loại đường kính ống khác nhau, đòi hỏi chúng ta áp dụng các kỹ thuật khác nhau để chụp được mối hàn trên mẫu

- Với mối hàn có đường kính đủ lớn ta có thể gá phim áp sát vào mặt trong của ống và áp dụng kỹ thuật 1 thành 1 ảnh như mối hàn phẳng (hình 1b)

- Đối với mẫu ống có đường kính nhỏ hơn nhưng đường kính ngoài > 90mm ta

áp dụng kỹ thuật 2 thành 1 ảnh, phim đặt phía ngoài ống (hình 1c)

Hình 1 Chụp ảnh các mối hàn nối (S- nguồn, F- phim): a) Hàn nối các tấm

phẳng; b) Hàn nối đường ống (phim đặt ở trong ống); c) Hàn nối đường ống

(phim đặt ở ngoài ống).

- Đối với các mẫu nhỏ có đường kính ngoài < 90mm, chúng ta áp dụng kỹ thuật

2 thành 2 ảnh cho phép chụp cả 2 thành đối diện nhau trên mẫu (hình 2b)

Hình 2 Phim và nguồn đều đặt ở ngoài ống: a) Phương pháp 2 tường 1

ảnh; b) phương pháp 2 tương 2 ảnh

- Đối với mỗi phương pháp chúng ta có cách xác định bề dày mẫu khác nhau

phụ thuộc vào bố trí hình học thực tế của mẫu và phim

* Các đặc trưng của nguồn bức xạ:

Các đặc trưng chung

- Cường độ bức xạ : Cường độ bức xạ là số photon trong một đơn vị thờigian đập vào một đơn vị diện tích nằm vuông góc với chùm hạt Đơn vị đo củacường độ bức xạ là photon/cm2.s

- Hệ số hấp thụ tuyến tính : Hệ số hấp thụ tuyến tính  chỉ khả năng hấp thụcủa vật chất với bức xạ có năng lượng xác định khi xuyên qua nó Nó được xácđịnh bằng công thức:

trong đó Io và I tương ứng với cường độ bức xạ trước và sau khi đi qua lớpvật chất có bề dày là d

3

) 1 ( ,

ln ln

- Bề dày nửa giá trị (HVT - Half Value Thickness) và bề dày 1 phần 10 giátrị (TVT - Tenth Value Thickness).: HVT và TVT là bề dày của một lớp vật liệunào đó làm suy giảm cường độ bức xạ xuống tương ứng còn một nửa và 1/10 giátrị Chúng có mối liên hệ với hệ số hấp thụ tuyến tính như sau:

HVT = 0,693/

TVT = 2,303/

HVT không phải là một hằng số đối với một chùm bức xạ

- Bề dày chụp tối đa: Người ta quy định bề dày chụp tối đa có thể chụpđược, dmax bằng 4 lần giá trị HTV:

Các đặc trưng của nguồn phóng xạ gamma

Một nguồn phóng xạ gamma thường gồm một lõi chất phóng xạ được đặttrong buồng kín bằng chì hoặc uranium và bộ phận điều khiển để đưa nguồn vào

vị trí chiếu Hình 3 Giới thiệu sơ đồ của gamma và chụp ảnh

Hình 3 Sơ đồ của nguồn gamma chụp ảnh: 1- Buồng bảo vệ; 2- lõi nguồn;

3- Bộ phận điều khiển nguồn ra vào.

) 5 (2

1

2 2 2

1

r

r I

I



- Hoạt độ phóng xạ: Mỗi nguồn phóng xạ được đặc trưng bằng hoạt độphóng xạ Đại lượng này cho ta khái niệm khả năng phát xạ mạnh hay yếu Hoạt

độ phóng xạ được đo bằng số lần phân rã của đồng vị phóng xạ diễn ra trongmột đơn vị thời gian Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel (Bq) hoặc Curie(Ci)

1Bq = 1 phân rã/s1Ci = 3,7 x 1010 Bq

- Hằng số phân rã  và chu kỳ bãn rã T1/2: Các chất phóng xạ phân rã theođịnh luật hàm mũ:

N(t) = Noe-tTrong đó No và N(t) tương ứng là số hạt nhân chất phóng xạ tại thời điểm

to và t;  là hằng số phân rã; nó có giá trị không đổi với một chất đồng vị phóngxạ

Chu kỳ bán rã T1/2 của một đồng vị phóng xạ được xác định bằng côngthức:

74 ngày

31 ngày

127 ngày

0,66 1,17 ; 1,33 0,13 ; 0,9 0,06 ; 0,31 0,052 ; 0,084

8,4132,80,88-

Đặc trưng của một số nguồn gamma

Các đặc trưng của máy phát tia X

Thông thường sơ đồ nguyên lý của một máy phát phát tia X gồm một đèn phát tia X, một biến thế điều áp cao và một bảng điều khiển (Hình 3) Đèn phát tia X có cấu tạo từ catot, nơi phát ra điện tử và anot, nơi phát ra tia X

Hình 4 Sơ đồ của máy phát tia X: 1- Đèn phát tia X; 2- Biến thế điện áp

cao; 3- Bảng điều khiển; 4- Anot; 5- Catot.

- Dòng đốt: Catot hay còn gọi là filamăng là một dây đốt phát ra điện tử.Dòng đốt một chiều được nối với filamăng có điện áp từ 1 tới 5A Dòng điện tửgiữa catot và anot thường nhỏ hơn, có giá trị cỡ miliampe (mA) và có thể đotrực tiếp trên bảng điều khiển Cường độ phát tia X phụ thuộc vào dòng đốt vàdòng điện tử

- Điện áp gia tốc: Để gia tốc điện tử tới một năng lượng nhất định trước khiđập vào catot, người ta đặt một điện áp cao cỡ từ vài chục tới vài trăm kilovoltgiữa anot và catot Điện áp này do biến thế điện áp cao cung cấp Năng lượngcực đại của tia X bằng năng lượng của electron gia tốc Khi điện tử đập vàoanot, làm anot nóng lên, người ta dùng nước hoặc không khí làm nguội bia Hiệusuất làm nguội bia càng lớn thì tuổi thọ của bia càng cao Thông thường một đènphát tia X có tuổi thọ từ vài trăm tới vài nghìn giờ

- Công suất lối ra của thiết bị được coi là liều chiếu của thiết bị được tínhbằng R/min tại khoảng cách một mét cách đầu phát

IV Trình tự thí nghiệm

- Kiểm tra bằng mắt thường các dị vật trên mối hàn cần loại bỏ và làm sạch.

- Đo chính xác chiều dầy tôn cơ bản và độ nhô mối hàn về 2 phía cần chụpbằng thước milimet Áp dụng công thức để xác định chiều dầy hiều dụng hấpthụ trên mẫu cần chụp

- Căn cứ vào giản đồ chiếu xác định liều chiếu phù hợp với chiều dầy mối hàn

- Quyết định hướng phát tia

- Bố trí phim (chú ý đặt làm sao cho chuẩn, đúng vị trí,… làm sao khi chụpphim có độ đen đều đặn để đánh giá khuyết tật chính xác nhất)

- Đặt số và IQI (thường được dán trên một tấm bìa nhựa )

- Gá máy: Bố trí đưa chùm tia X vào vị trí chụp thật cân đối để thu được hìnhảnh phim đạt yêu cầu

- Thực hiện các biện pháp an toàn

- Chọn các thông số kỹ thuật

- Vận hành máy (cho máy hoạt động)

V Câu hỏi kiểm tra

1 Tại sao phải quan sát bề mặt mẫu và làm sạch trước khi chụp ?

2 Tại sao lại phân loại kỹ thuật chụp theo đường kính của ống ?

3 Trong 3 kỹ thuật chụp trên ống trụ , kỹ thuật nào cho kết quả chính xác và tin cậy nhất ?

BÀI 5 : KỸ THUẬT CHỤP ẢNH BỨC XẠ TRÊN MỐI HÀN CHỮ T

- Máy phát X-ray đã khởi động sẵn sàng.

- Film 10 x 20mm (Fuji hoặc Kodak)

- Việc xác định liều chiếu chuẩn cho mẫu phụ thuộc rất nhiều vào việc tính toán

bề dày mẫu chụp và bố trí hướng chiếu trên mẫu

- Để chụp ảnh mối hàn chữ T, hướng chùm bức xạ thường làm thành một góc 

so với hướng vuông góc với bề mặt phim Nếu T1 và T2 là bề dầy của vật liệu

cơ sở thì bề dày xuyên thấu của bức xạ tương ứng với góc  của hướng chùmbức xạ sẽ là:

T=1,1 (T1 + T2)  = 30oC (Hình 1.a)

aT=1,4 (T1 + T2)  = 45oC (Hình 1.b)

Hình 1 Mối hàn chữ T: a) góc nguồn nhỏ  = 30o; b) góc nguồn lớn  = 45o

Chọn nguồn bức xạ

- Giá thành của nguồn gamma thường thấp hơn so với máy tia X

- Nguồn gamma dễ vận chuyển, có kích thước nhỏ để đưa lọt vào vị tríhiểm hóc

- Nguồn gamma không cần tới nguồn điện do đó có thể chụp ở những nơikhông có nguồn điện; vận hành đơn giản

- Nguồn gamma cho phép kiểm tra các vật liệu kim loại có bề dày lớn

- Nguồn tia X thường cho ảnh có độ tương phản cao hơn nguồn gamma; cóthể thay đổi điện áp để có thể thay đổi độ xuyên

- Nguồn tia X an toàn hơn nguồn gamma do năng lượng thấp hơn và chỉphát ra bức xạ khi cần thiết

Nói chung bức xạ phải có năng lượng đủ lớn để xuyên qua đối tượng chụp,song lại phải có độ suy giảm nhất định khi qua khuyết tật Khả năng xuyên quađối tượng chụp một cách quá mức cần thiết nghĩa là phim có độ sáng quá caotạo ra những ảnh chất lượng kém khi khảo sát.

Thiết lập khoảng bề dầy cần chụp

Ngoài năng lượng, độ dày mà tia gamma và tia X có thể chụp được, cònphụ thuộc vào chất liệu của đối tượng chụp

Bảng dưới đây giới thiệu bề dày tối ưu của thép đối với năng lượng củanguồn gamma và tia X

Quan h n ng lệ năng lượng - bề dày chụp tối ưu của thép ăng lượng - bề dày chụp tối ưu của thép ượng - bề dày chụp tối ưu của thépng - b d y ch p t i u c a thépề dày chụp tối ưu của thép ày chụp tối ưu của thép ụp tối ưu của thép ối ưu của thép ư ủa thép

Loại nguồn Năng lượng, MeV Bề dày thép tối ưu, mm

< 0.08

50 - 150

50 - 100

10 - 702,5 - 152,5 - 12,5

Lựa chọn hình học và khả năng phân biệt khuyết tật

Có ba yếu tố ảnh hưởng tới khả năng phân biệt khuyết tật trên ảnh:

- Yếu tố hình học, bao gồm kích thước nguồn, khoảng cách nguồn vật, khoảng cách khuyết tật - vật

Yếu tố phim, bao gồm độ hạt, độ tương phản, độ nhiễu, độ nhoè

- Yếu tố bức xạ

a) Độ nhoè hình học

Do nguồn có kích thước nhất định nên ảnh tạo ra luôn có độ nhoè hình học

Ug Nó được xác định bằng công thức:

trong đó R- là đường kính của nguồn, F- là khoảng cách từ nguồn đếnphim, d- khoảng cách từ khuyết tật tới phim (hình 6)

Hình 2: Độ nhoè hình học Ug: 1- nguồn bức xạ; 2- vật chụp; 3- khuyết tật;

4- phim.

Ug có giá trị cực đại khi khuyết tật nằm trên bề mặt vật chụp và khi đó dbằng bề dày của vật chụp Ug càng nhỏ thì độ nét của ảnh càng cao; điều này cóthể thực hiện bằng cách thay đổi khoảng cách nguồn - phim, F Ngoài ra khoảngcách khuyết tật phim d càng nhỏ thì độ nhoè càng nhỏ Điều này khó có thể điềuchỉnh được chỉ có còn cách là đặt phim càng sát vật chụp thì độ nhoè càng nhỏ.Chú ý: Phim nên đặt song song với vật chụp và vuông góc với chùm tiabức xạ để ảnh không bị méo

b) Độ nhoè của phim

Khi bức xạ tác dụng vào chất nhũ tương (AgBr) chúng giải phóng ra cácelectron Các electron thứ cấp này lại có thể tác động vào các hạt AgBr ở xungquanh Kết quả là khi hiện ảnh không chỉ các hạt Ag ở vùng chiếu xạ mới bị

11

) 23 (

a F

Ra Ug





hiện mà các hạt nằm ở vùng xung quanh cũng bị hiện Hiệu ứng này tạo ra độnhoè nội tại hay độ nhoè phim Uf.

Việc sử dụng các màn tăng quang, đặc biệt là màn tăng quang muối thườnglàm tăng Uf

c) Độ nhoè tổng

Độ nhoè cuối cùng nhận được trên phim chịu tác động của độ nhoè hìnhhọc và độ nhoè phim Độ nhoè tổng UT được xác định bằng công thức:

d) Xác định độ sâu của phuyết tật

Hình 3 Phương pháp xác định độ sâu của khuyết tật: 1- vật chụp;

2- phim; A,B - Vị trí đặt nguồn

Nguồn lần lượt được đặt ở vị trí A và B trong một khoảng thời gian cỡkhoảng thời gian chiếu thông thường Từ độ di chuyển G của ảnh dược xác địnhsau khi hiện phim cho phép xác định khoảng cách d của khuyết tật:

e) Chọn khoảng cách nguồn - phim

) 24 ( )

( ) ( Ug 2 Uf 2

) 26 (

AB G

GF d





Thông thường khoảng cách nguồn - phim được chọn là khoảng cách tốithiểu để đạt được độ nhoè hình học nhỏ nhất Khi đó ta coi độ nhoè phim bằngkhông Từ công thức (23) có thể tính được khoảng cách tối ưu nguồn - phim F

trong đó d- khoảng cách từ khuyết tật tới phim Khi không biết khoảng d ta

có thể coi nó bằng 1/2 bề dầy của vật chụp

Chú ý: Theo định luật cường độ bức xạ tỷ lệ nghịch với bình phươngkhoảng cách, khi muốn tăng F, cần tăng thời gian chiếu để tăng mật độ phim (độđen) như cũ

IV Trình tự thí nghiệm

- Kiểm tra bằng mắt thường các dị vật trên mối hàn cần loại bỏ và làm sạch

- Đo chính xác chiều dầy tôn cơ bản và độ nhô mối hàn về 2 phía cần chụp bằngthước milimet Áp dụng công thức để xác định chiều dầy hiều dụng hấp thụtrên mẫu cần chụp

- Bố trí khoảng cách, hướng chụp giữa mẫu và đầu phát sao cho phù hợp với góckích thước của mẫu, lựa chọn góc nghiêng hợp lý tránh tán xạ ngược

- Căn cứ vào giản đồ chiếu xác định liều chiếu phù hợp với chiều dầy mối hàn

- Quyết định hướng phát tia

- Bố trí phim (chú ý đặt làm sao cho chuẩn, đúng vị trí,… làm sao khi chụp phim

có độ đen đều đặn để đánh giá khuyết tật chính xác nhất) Trong trường hợpphim phải đặt nghiêng thì phải cân nhắc đến kích thước phim sao cho độ tươngphản trên phim tại các vị trí có khuyết tật phải được đảm bảo

- Đặt số và IQI (thường được dán trên một tấm bìa nhựa) Do bề mặt mẫu phứctạp nên việc đặt các chỉ thị định vị và IQI cần phải cân nhắc và ước lượngchùm chiếu sao cho hình ảnh hiện rõ trên phim mà không đè vào các vùngkhuyết tật cần giải đoán

13

) 25 ( )

(

T

TU

R U

d

- Thực hiện các biện pháp an toàn.

- Chọn các thông số kỹ thuật Trong trường hợp liều chiếu chỉ định có thời gianphát tia quá dài, chúng ta có thể chia thành 2 liều chụp gối nhau

- Vận hành máy (cho máy hoạt động)

V Câu hỏi kiểm tra

a Hướng chiếu ảnh hưởng thế nào đến chất lượng hình ảnh trên phim ?

b Những điểm lưu ý cơ bản khi gáp lắp IQI và các chỉ thị định vị ?

BÀI 6: XỬ LÝ GIẢI ĐOÁN KHUYẾT TẬT

I Mục đích thí nghiệm.

Sinh viên làm quen với kỹ thuật gá xử lý phim trước và sau khi chụp, đánh giá chất lượng phim chụp cũng như phân tích các dạng khuyết tật mắc phảitrên mỗi loại mẫu

II Thiết bị thí nghiệm

- Hộp phim chụp bức xạ chưa chụp (Agfa, Kodak hoặc Fuji)

- Cassette, màn tăng quang cho Phim 10 x 20cm và 10 x 40cm

- Bàn thao tác và cắt phim có thước chia độ

- Đèn đỏ chuyên dụng cho phòng tối để rửa phim

- Các loại nước rửa đã pha sãn và dung dịch làm sạch phim

- Bộ thùng, giá rửa phim và găng ray cao su

- Đồng hồ bấm thời gian

- Máy sấy và dàn treo phim sau khi rửa

- Máy đọc phim và các phim đã qua xử lý

III Tóm tắt lý thuyết.

Các bước thực hiện chủ yếu trong một quy trình xử lý tráng rửa phimchụp ảnh bức xạ bao gồm: Quá trình hiện ảnh, Quá trình rửa trung gian (rửanước), Rửa cố định ảnh (Hãm phim), Rửa cuối và sấy khô

Cần khuấy đều tất cả những dung dịch dung để xử lý tráng rửa phim trướckhi đem vào sử dụng Kiểm tra nhiệt độ dung dịch trong các thùng chứa, dungdịch thuốc hiện càng xấp xỉ 20oC càng tốt Kiểm tra mức dung dịch trong cácthùng chứa Mức dung dịch trong bể cần phải chuẩn bị phải ngập hết chiều caocủa phim trên giá rửa

15

Kỹ thuật xử lý phim

Sau khi chụp ảnh bức xạ, ảnh ẩn của đối tượng chụp đã hình thành trênphim Mục đích của quá trình xử lý phim là biến ảnh ẩn chưa nhìn thấy thànhảnh nhìn thấy được và có thể bảo quản lâu dài

Quá trình xử lý phim gồm 4 bước sau:

- Chuẩn bị trước khi xử lý phim

- Hiện ảnh (tạo ra ảnh nhìn thấy)

- Hãm ảnh (loại bỏ các tinh thể halogen thừa)

- Rửa nước (Loại bỏ nước hãm thừa)

- Phơi hoặc sấy khô (loại bỏ nước thừa)

Chuẩn bị trước khi xử lý

Phim được xử lý trong buồng tối Trước khi sử dụng buồng tối cần kiểm tra

độ an toàn của ánh sáng trong buồng tối đối với phim Việc kiểm tra cần tiếnhành bằng cách đặt một vật dụng nào đó (ví dụ thước kẻ, bút viết, ) lên mộttấm phim để ngỏ Sau 10 phút tráng phim, nếu trên phim xuất hiện vật dụng thìcần che chắn lại buồng tối để ánh sáng không lọt vào

- Kiểm tra dòng nước lưu thông ở các bề tráng và giữ phim

- Có bảng tra cứu thời gian và nhiệt độ xử lý phim do nhà sản xuất cungcấp

Hiện ảnh

a) Cơ chế hiện ảnh

Quá trình hiện ảnh là quá trình biến ảnh ẩn thành một ảnh nhìn thấy thôngqua phản ứng biến ion bạc Ag+ thành bạc kim loại

Khi chế tạo phim, muối AgBr được hình thành theo phản ứng:

AgNO3 + KBr -> KNO3 + AgBrThuốc hiện là chất cung cấp electron cho phản ứng khử

Khi bị chiếu xạ có một hàng rào ion âm Br- xung quanh tinh thể AgBr vìthế các electron từ thuốc hiện không thể xuyên qua hàng rào vào tinh thể do lựcđẩy tĩnh điện

Khi tinh thể bị chiếu xạ, xuất hiện các tâm hiện, các tâm này tạo ra cácđiểm yếu trong hàng rào ion Br-, nhờ đó electron có thể lọt vào tinh thể tham giaphản ứng khử ion bạc để tạo ra bạc kim loại dươí dạng các điểm tối:

e- + Ag+ -> Ag

Mỗi loại thuốc hiện thường gồm từ các chất sau:

- Chất hiện: 3 loại chất hiện thường dùng là Metol, Hydroqninone vàPhenidone Người ta có thể kết hợp các chất hiện, Ví dụ: Metol -Hydroqninone, Hydroqninone - Phenidone Chất hiện là chất cung cấp e- chophản ứng khử

- Chất tăng tốc: Chât tăng tốc thường là chất có hoạt tính kiềm, chẳng hạn

Na2CO3, NaOH, K2CO3, KOH, Độ kiềm cao thúc đấy sự giải phóng e- khỏithuốc hiện trong một thời gian ngắn, nhờ đó ảnh có độ tương phản cao

- Chất bảo quản: các dung dịch thuốc hiện thường bị oxi hoá trong môitrường không khí làm thuốc dễ bị thoái hoá Để làm chậm tốc độ oxi hoá, kéodài thời gian sử dụng, người ta dùng các chất bảo quản, phổ biến nhất là Na2SO3hoặc K2SO3

17