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

Phương pháp NDT đóng một vai trò rất quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm, cũng như được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chế tọa một sản phẩm.. Bước phát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

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 đường 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 hướng 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 nhân- trường 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 người bạn, những thành viên tập thể lớp HNK37 cũng như những sinh viên trong khoa đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như 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 trường nhưng chắc chắn rằng khóa luận vẫn còn nhiều thiếu sót không mong muốn, rất mong được sự giúp đỡ và những đóng góp bổ ích từ những thầy cô cùng các bạn học

Tôi xin cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này là do tôi thực hiện dưới sự hướng 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 chưa được ai công bố dưới 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

Người thực hiện

Phạm Hải Độ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

Phần I: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

Chương 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

1.2.1Tính chất của tia X 5

1.2.2Tương tác của bức xạ khi đi qua một môi trường vật chất 6

Chương 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

2.2.2Các tính chất của phim 12

2.2.3 Độ đen của ảnh chụp 12

2.2.4Độ mờ 13

2.2.5Tốc độ phim 13

2.2.6 Độ nhòe hình học 13

2.2.7 Độ tương 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 lượng hình ảnh 19

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 lượng 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 Phương 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

Chương4: 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

Chương 5 35

PHƯƠNG PHÁP VÀ TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 35

5.1Bố trí thực nghiệm 35

5.2Chuẩn bị thực nghiệm 36

Chương 6 39

KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ THẢO LUẬN 39

6.1Thực 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

6.2Thực nghiệm tại cao áp 160kV 44

6.2.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách 44

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

6.4Thực 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

6.5Ảnh chụp một số mẫu vật sử dụng giản đồ chiếu 60

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

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: Đường đặc trưng tiêu biểu của phim tia X loại trực tiếp 15

Hình 2 4: Sự phụ thuộc của độ tương phản theo độ đen đối với các loại phim khác nhau (A) Phim có màng tăng cường 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 tường phía phòng điều khiển ngăn cách với phòng phát tia X khi máy phát làm việc ở cao áp 200kV Tại vị trí người 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 tường đơn ảnh 35

Hình 6 1:Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu được sau thực nghiệm 42

Hình 6 2: Đường cong độ nhạy tịa cao áp 150kV 44

Hình 6 3: Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu được sau thực nghiệm và xử lý số liệu với cao thế 160kV 47

Hình 6 4: Đường cong độ nhạy tại cao áp 160kV 48

Hình 6 5: Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu được sau thực nghiệm và xử lý số liệu với cao áp 170kV, SFD = 80cm 52

Hình 6 6: Đường cong độ nhạy tịa cao áp 170kV 53

Hình 6 7: Đồ thị của giản đồ chiếu chụp thu được sau thực nghiệm 57

Hình 6 8: Đường 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 tưng ứng 60

Hình 6 11: Mẫu TC-3 và hình chụp tưng ứng 61

Hình 6 12: Mẫu TC-4 và hình chụp tương ứng 62

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1: Đường kính dây các bộ IQI vật liệu nhôm theo ASTM 19

Bảng 3 1: Trọng số bức xạ (WR) ứng với từng trường 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 được 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 được 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 được 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 được xử lý 57

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 được 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 như hiện nay thì các ngành công nghiệp trọng điểm đang là một thế mạnh của các nước đang phát trển như là Việt Nam của chúng ta Để chúng ta

có thể hội nhập toàn cầu cũng như phát triển kinh tế thì việc phát trển công nghệ cũng như bán các sản phẩm công nghệ ra các nước trên thế giới đòi hỏi cần phải có mặt hàng đảm bảo chất lượng để có thể cạnh tranh trên thị trường 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 lượng sản phẩm Phương pháp không pha hủy dùng để kiểm tra các khuyết tật mối hàn, các vết nứt trong các đường ống, các công trình xây dựng Ngoài ra nó còn phục vụ cho nhiều ngành khác như: 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 phương pháp kiểm tra không phá hủy ngày càng được chấp nhận rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp là Phương pháp chụp ảnh bức xạ công nghiệp Nó đang ngày trở nên hữu hiệu và ứng dụng rộng rãi, là sự lựa chọn tối ưu 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 được sử dụng khá là rộng rã vì các đặc tính của nó như 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

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

NDT Non-destructive Testing Kiểm tra không phá hủy

SFD Source to Film Distance Khoảng cách từ nguồn tới

phim ASME American Society of Mechanical

Agency

Cơ quan năng lƣợng Nguyên Tử Quốc Tế IQI Image Quality Indicator Vật chỉ thị chất lƣợng ảnh ISO International Standards

Organization

Hệ thống tiêu chuẩn Quốc

Tế JIS Japanese Industrial Standard Tiêu chuẩn công nghiệp

Nhật Bản

OFD Source to Film Distance Khoảng cách từ mẫu vật

đến phim

Phần I: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Định nghĩa và tầm quan trọng của NDT

 NDT: Kiểm tra không phá hủy là sử dụng các phương 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 hưởng đến khả năng hoạt động và chất lượng của chúng

Phương pháp NDT đóng một vai trò rất quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng sản phẩm, cũng như được sử dụng trong tất cả các công đoạn của quá trình chế tọa một sản phẩm

 Sử dụng phương pháp NDT có hiệu quả trong các công đoạn của quá trình chế tạo sản phẩm như: 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 lượng của vật liệu, từ đó giảm giá thành sản phẩm

 Ngoài ra NDT còn được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra thường xuyên hoặc định kỳ chất lượng của các thiết bị máy móc và các công trình trong quá trình vận hành

1913 Collidge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X mới Thiết bị này có khả năng

phát bức xạ tia X có năng lượng cao hơn, và có khả năng đâm xuyen sâu hơn Năm

1917 phòng thí nghiệm chụp ảnh bức xạ bằng tia X đã được thiết lập tại Royal Aresnal ở Woolwich Bước phát triển tiếp theo, vào năm 1930 khi hải quân Mỹ đồng ý dùng phương pháp chụp ảnh bức xạ để kiểm tra các mối hàn nồi hơi

Phương pháp chụp ảnh phóng xạ những được áp dụng trong các ngành công nghiệp hàng không mà còn mở rộng sang các lĩnh vực khác như kiểm tra các mối hàn trong nhà máy điện, xưởng 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 như ánh sáng Giữa tia X và ánh sáng thường chỉ khác nhau về bước sóng Trong kiểm tra vật liệu bằng chụp ảnh bức xạ thường sử dụng đến bức xạ tia X có bước 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 được

do đó không cảm nhận được bằng giác quan con người

- Nó có khả năng làm phát quang một số chất như Zine Sulfide, Calcium, Tungstate, Diamon, Barium, Platinocyamide, Sodiumlodide được 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 dương)

- Tia X truyền theo một đường thẳng, chúng là bức xạ điện từ

- Nó tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

- Nó có thể xuyên qua những vật mà ánh sáng không truyền qua được và khả

1.2.2 Tương tác của bức xạ khi đi qua một môi trường 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 hướng khác nhau Điều này có nghĩa là khi một chùm bức xạ truyền qua một vật nào đó thì sẽ bị suy giảm cường độ, đây chính là điều mà chúng ta cần xét tới

Tiến hành thí nghiệm trên một mẫu có chiều dày x, cường độ chùm tia tới là

Io, cường 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 được tính như 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

Khoảng cách 1/μ được gọi là quãng chạy tự do trung bình của photon

Từ biểu thức trên ta thấy μ phụ thuộc nhiều vào chiều dài bước sóng sơ cấp (những tia năng lượng 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 người ta dùng khái niệm hệ số suy giảm khối μ:

μ = μ/ ρ (1.4)

Ở đây ρ là mật độ của vật chất

Hiệu ứng quang điện

Trong quá trình này một photon mất hết năng lượng để giải phóng một điện

tử lớp quỹ đạo ra khỏi nguyên tử Photon biến mất, năng lượng của photon được 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 tương 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 tượng tán xạ của photon có năng lượng cỡ vài MeV hoặc lớn hơn (tương đương với bước 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 lượng 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 phương ban đầu và năng lượng của nó cũng giảm đi

Bức xạ tới

Điện tử quang điện

Hình 1 1: Hiệu ứng quang điện

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

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

Hình 1 3: Hiệu ứng tạo cặp

Positron bị làm chậm dần bởi sự hấp thụ trung gian và biến mất sau đó, như vậy cả hai photon đều biến mất do tương tác thứ cấp với vật chất

Định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

Cường độ của bức xạ tại một điểm nào đó phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm đó tới nguồn Cường độ thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách này và được biểu diễn theo biểu thức đại số sau:

2 1

2 2 2

1

r

r I

1

E

E I

với E1, E2 lần lượt là liều chiếu tại C1, C2

Trong lĩnh vực an toàn bức xạ thì biểu thức trên được viết như sau:

2

1 2

1

D

D I

Trong đó D1, D2 là suất liều bức xạ tại khoảng cách r1,r2 tínhtừ 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

Chương 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 như ánh sáng nhìn thấy, tia X và tia gamma gây nên hiệu ứng thay đổi quang hóa trên lớp nhũ tương 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 lượng lẫn chất lượng của bức xạ đạt tới phim

Khi bức xạ đập vào lớp nhũ tương của phim ảnh sẽ tạo ra một ảnh gọi là ảnh

“tiềm tàng” nhũ tương của phim chứa những tinh thể Bromicde bạc rất nhỏ Dưới tác động của photon bức xạ năng lượng 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 được giải phóng sẽ trung hòa trung hòa ion bạc dương Ag+ bằng phản ứng:

-Ag+ + e- → Ag

Cả quá trình được biểu diễn như 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 được đọng lại Quá trình hiện ảnh, ảnh tiềm tàng trở thành nhìn thấy được

Phim là công cụ thường được dùng để thu và chi nhận bức xạ gamma và tia

X khi chụp ảnh Là một phương pháp rất nhạy Bên cạch nhiều phương pháp khác, phương pháp chụp ảnh bằng phim có ưu điểm là ghi kết quả cố định

2.2 Phim chụp ảnh công nghiệp

Lớp nhũ tương là những hạt halide bạc nhỏ li ti được phủ lên một hoặc hai mặt của lớp nền Halide bạc được phân bố đều trong nhũ tương dưới 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 thước của nó có ảnh hưởng đáng kể tới quá trình chiếu cũng như độ phân giải các ảnh chụp

Lớp kết dính được tạo từ hỗn hợp gelatin và chất kết dính nhằm đảm bảo cho

Trong cấu trúc phim, lớp nhũ tương 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 chưa chụp

2.2.2 Các tính chất của phim

Phim được 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:

Độ đen của ảnh được tính theo biểu thức:

Trong đó: I0 là cường độ ánh sáng tới phim

It là cường 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 được 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 thường kém chính xác hơn khi ta so sánh cả hai phim trong cùng điều kiện, trái lại

những thiết bị đo độ đen quang điện thì chính xác hơn vì có sử dụng một ampe kế nhỏ có thang được 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 thường có giá trị từ 0,2 đến 0,3

2.2.5 Tốc độ phim

Tốc độ phim được định nghĩa là nghịch đảo của liều chiếu toàn phần tính bằng Roentgen của một phổ bức xạ đặc trưng tạo ra một độ đen cho trước trên phim Tốc độ phim thường phụ thuộc vào kích thước hạt và năng lượng bức xạ, phim có kích thước hạt càng lớn thì có tốc độ càng cao và khi năng lượng bức xạ tăng lên thì tốc độ phim sẽ bị giảm xuống Kích thước hạt của phim ảnh hưởng đến thời gian chiếu và chất lượng ảnh Phim có hạt cực mịn hoặc mịn cho chất lượng 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 thước 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 phương pháp cổ điển thường không phải là nguồn điểm mà thường có kích thước nào đó Do vậy, hình ảnh cho ra thường rộng hơn kích thước thực của vật thể đó là do có sự đóng góp của

độ nhòe hình học Ug , Hình 2.2

Hình 2 2: Độ nhòe hình học của ảnh phóng xạ

Độ nhòe hình học được tính theo biểu thức sau:

c Sfd

c F

Sfd là khoảng cách từ nguồn đến phim

Trong thực tế độ nhòe hình học càng nhỏ thì chất luợng ảnh càng tốt do vậy nguyên tắc sau đưa ra để giảm độ nhòe hình học đến mức tối thiểu:

- Nguồn hay kích thước bia nhỏ nhất có thể có trong thực tế, nguồn lý tưởng là nguồn điểm

- Khoảng cách giữa nguồn và vật thể lớn nhất có thể được

- Phim gần như tiếp xúc với vật thể

- Vị trí nguồn đặt sao cho bức xạ xuyên qua toàn bộ chiều dày vật thể.Phim phải được đặt sát với bề mặt của vật kiểm về phía đối diện với nguồn

Vật kiểm

Phim

F

c b

Logarit cơ số 10 của liều chiếu

2.2.7 Độ tương phản của phim (Gd)

Độ tương phản hay Gradient của phim được xác định từ đường đặc trưng của phim qua việc tìm độ dốc của đường tại độ đen ấy (hình 2.6) Độ tương phản của ảnh được xác định từ hiệu số độ đen của hai phần cạnh nhau của một ảnh

Mặc dù độ tương phản của phim là hữu dụng nhưng cũng khó xác định chính xác Trong thực tế người ta thường tính độ tương phản trung bình theo biểu thức:

) (lg lg

1 2

E

D E

E

D D

2.2.8 Độ nét của phim

Độ nét của ảnh ghi được trên phim phụ thuộc vào sự phân bố kích thước các hạt trên nhũ tương Nói chung các hạt càng nhỏ thì càng có nhiều thành phần mịn tham gia vào quá trình tạo ảnh Có hai yếu tố ảnh hưởng đến độ nét của phim là độ hạt và hiệu ứng của các điện tử thứ cấp Độ nét phụ thuộc vào:

 Loại phim sử dụng: Nhanh, chậm hay thô

 Chất lượng của bức xạ chiếu

 Loại màng tăng cường

 Chế độ xử lý phim

2.2.9 Phân loại phim

Trong chụp ảnh công nghiệp thì phim sử dụng được chia làm 3 nhóm:

- Loại phim có màng tăng cường bằng muối

- Loại phim trực tiếp

- Các loại phim có màng tăng cường hLouỳnh quang

Phim sử dụng trong bài thực nghiệm là loại phim trực tiếp Đây là loại phim khi chụp các tia X hoặc gamma chiếu trực tiếp tới phim hoặc qua màng tăng cường làm bằng những nguyên tố có nguyên tử số cao, thường là chì Lá chì dùng làm màng tăng cường thường có chiều dày từ 0,1mm đến 0,15mm

Ưu điểm của việc dùng màng chì là giảm được thời gian chụp (đối với năng lượng trên 120kV), giảm được bức xạ tán xạ không mong muốn và tăng bức xạ tán

xạ có ích tới phim do đó cho độ tương phản tốt hơn Một số trong những phim này cũng có thể được dung với các màng tăng cường bằng kim loại huỳnh quang

2.2.10 Quy trình xử lý phim

Việc xử lý phim ảnh đóng vai trò quyết định đến chất lượng ảnh Quá trình

xử lý gồm các giai đoạn cơ bản sau: Hiện ảnh - Giũ phim - Hãm phim - Rửa phim - Làm khô phim

Với bất kỳ người chụp ảnh nào trước khi tráng rửa phim phải tuân theo các bước quan trọng sau đây:

- Khuấy toàn bộ dung dịch trước khi dùng

- Kiểm tra nhiệt độ của các dung dịch trong thùng, càng gần 200C càng tốt

- Kiểm tra mức dung dịch trong thùng và nước rửa một cách cẩn thận, nếu thiếu phải bù thêm

- Đảm bảo chắc chắn rằng có dòng nước chảy liên tục trong thùng rửa

- Tiến hành xử lý phim theo quy trình

- Lau sạch các bề mặt làm việc và rửa tay

- Mọi công việc cần thiết phải được tiến hành trong điều kiện ánh sáng an toàn

Hiện ảnh

Khi đưa phim vào dung dịch hiện những tinh thể không bị chiếu sẽ không bị ảnh hưởng và bị giải phóng đi ở giai đoạn này Những tinh thể bị chiếu thì sẽ bị tác

bằng tay Rung lắc làm phim dao động trong dung dịch như vậy thì dung dịch được tiếp xúc tốt với bề mặt của phim sao cho phản ứng hợp lý được xảy ra giữa nhũ tương của phim và dung dịch Nếu không rung lắc thì phim thu được sẽ không đạt chất lượng và có thể có đường sọc Quá trình này thực hiện trong khoảng thời gian

cỡ 5 phút

Giũ phim

Sau khi hiện, phim được giũ trong thùng khoảng 30 đến 60 giây Trong thùng chứa một dung dịch 2,5% Glacial acetic acid, tác dụng của acid này là để dừng tác động của chất hiện đến phim đồng thời nó cũng ngăn được việc truyền chất hiện vào thùng chứa dung dịch hãm và làm hỏng chất hãm Ngoài việc sử dụng dung dịch acid trên ta có thể sử dụng nước sạch đang chảy ít nhất là 1 đến 2 phút để thay thế

Hãm phim

Chức năng của giai đoạn này là làm ngừng quá trình hiện ảnh, giải phóng tất

cả các halide bạc không được chiếu khỏi nhũ tương và giữ lại hạt bạc đã được chiếu trở thành một ảnh thực Khoảng thời gian từ khi đặt phim vào dung dịch hãm đến khi biến mất màu sữa vàng ban đầu được gọi là thời gian làm sạch, thời gian hãm khoảng 5 phút đồng thời thao tác rung lắc cũng được tiến hành Chất hãm phải giữ ở nhiệt độ giống nhiệt độ của chất hiện và trong thùng giũ (180C đến 240C)

Làm khô phim

Giai đoạn này đơn thuần chỉ để làm khô phim trước khi đọc và giải đoán kết quả Thông thường trong các công việc chụp ảnh trong công nghiệp người ta thường phơi phim kẹp trên những giá treo ở những nơi khô ráo thoáng mát không bụi bẩn

và chờ cho đến khi phim khô hoặc có thể dùng tủ sấy nhằm làm cho phim nhanh

khô hơn nhưng nhiệt độ của tủ dùng sấy phim không được vượt quá 50 oC

2.2.9 Đánh giá chất lượng hình ảnh

Khoảng cách ngắn nhất từ nguồn tới phim mà vẫn đảm bảo vùng nửa tối nằm

trong giới hạn cho phép

Và phương trình 4.2 được viết lại là:

)1(



P

F Ofd

Quy định đối với các phép kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ có yêu cầu khắt

khe thì độ nhòe cho phép là P = 0,25mm và đối với các phép kiểm tra thông thường

là 0,5mm Khi đó từ biểu thức 4.3 ta có thể tính được khoảng cách Sfd tối thiểu cho

chụp ảnh phóng xạ công nghiệp theo qui định nêu trên là:

- Sfdmin = Ofd (F/ 0,25+1) đối với việc kiểm tra khắt khe

- Sfdmin = Ofd (F/ 0,5+1) đối với việc kiểm tra thông thường

2.1.10 Vật chỉ thị chất lượng ảnh IQI (Image quality Indicator)

Tùy theo tiêu chuẩn quy định của mỗi quốc gia mà người ta dùng những loại

IQI với các tính năng khác nhau để đánh giá xác định độ nhạy ảnh chụp, đặc tính cơ

bản của IQI là vật liệu chuẩn, nói chung càng phải giống với mẫu vật kiểm tra càng

tốt, kích thước phải chính xác.IQI loại dây là một bộ các sợi dây thẳng (dài ít nhất

25mm) của cùng loại vật liệu với mẫu vật chụp, các đường kính dây được lựa chọn

theo các giá trị được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2 1: Đường kính dây các bộ IQI vật liệu nhôm theo ASTM

Set 02A Set 02B Set 02C Set 02D

Dây số Đ kính

(mm) Dây số

Đ kính (mm) Dây số

Đ kính (mm) Dây số

Đ kính (mm)

ASTM

3 0.13 8 0.40 13 1.27 18 4.08

4 0.16 9 0.51 14 1.60 19 5.10

5 0.20 10 0.64 15 2.03 20 6.40

6 0.25 11 0.81 16 2.50 21 8.00

Khi sử dụng IQI cho chụp ảnh phải tuân thủ các bước sau đây:

- IQI phải được đặt trên bề mặt của mẫu vật hướng về phía nguồn

- Tốt nhất là phải đặt IQI nằm gần với vùng được quan tâm, chú ý với bậc mỏng hơn của loại IQI bậc/lỗ hoặc dây mảnh nhất của loại IQI dây nằm cách xa trục chùm tia bức xạ nhất

- Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ kiểm tra mối hàn, thì IQI dạng bậc/ lỗ phải được đặt lên trên một miếng lót, sau đó được đặt gần và song song với mối hàn, còn IQI dạng dây phải đặt dây nằm vuông góc với chiều dài mối hàn

- Trong trường hợp chụp ảnh bức xạ kiểm tra vật đúc có nhiều bề dày khác nhau thì phải sử dụng nhiều loại IQI tương ứng với những bề dày khác nhau đó

- Đối với các mẫu vật quá nhỏ hoặc quá phức tạp, thì không cho phép đặt IQI lên nó, do đó IQI phải đặt lên một khối chuẩn đồng nhất có cùng vật liệu như mẫu vật đang kiểm tra và đặt cạnh mẫu vật

- liệu như mẫu vật đang kiểm tra và đặt cạnh mẫu vật

ASTM 02A 6

Hình 2 5: Hình dạng IQI vật liệu

nhôm loại ASTM

Độ nhạy (%) = ( Kích thước dây, lỗ, bậc nhỏ nhất nhìn thấy được

Bề dày mẫu vật

)*100% (2.5)

2.1.11 Độ nhạy phát hiện khuyết tật

Độ nhạy phát hiện khuyết tật Sf được định nghĩa:

Đây là công thức lý tưởng nhưng trên thực tế còn nhiều thông số phụ thuộc, rất khó xác định để đưa vào công thức tính Tuy nhiên thông qua độ nhạy ảnh và các thông số phụ thuộc bằng cách sử dụng bộ chỉ thị chất lượng ảnh (IQI) ta có thể xác định được độ nhạy phát hiện khuyết tật Vấn đề này sẽ được đề cập ở mục tiếp theo

2.1.12 Tính và đánh giá độ nhạy chụp ảnh phóng xạ

Độ nhạy của ảnh chụp là thể hiện trực tiếp khả năng phát hiện những khuyết tật hay những thay đổi bề dày mẫu vật dựa vào dây hoặc lỗ IQI nhỏ nhất phát hiện được và vì thế nó phụ thuộc vào chất lượng ảnh chụp Tóm lại, độ nhạy được xem

là khả năng phát hiện sự thay đổi nhỏ nhất trong bề dày mẫu vật kiểm tra

Độ nhạy chụp ảnh phóng xạ được đánh giá bởi công thức sau:

Cần lưu ý rằng khi áp dụng công thức này cần phải trích dẫn loại IQI đang được sử dụng Độ nhạy hay chất lượng ảnh chụp phụ thuộc vào độ nét và độ tương phản của ảnh Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nét và độ tương phản được liệt kê trong bảng 2.2

Bảng 2 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy hoặc chất lượng của ảnh chụp

1 Năng

lƣợng bức xạ

1 Loại phim

1 Khoảng cách nguồn-phim (Sfd)

1 Năng lƣợng bức xạ 1 Loại phim

2 Bức xạ tán

2 Khoảng cách phim (Ofd)

vật-2 Năng lƣợng bức xạ

4 Màn chì 4 Mức độ

mờ 4 Độ xê dịch

4 Màn tăng quang

Chương 3 LIỀU CHIẾU VÀ DÁNH GIÁ VỀ AN TOÀN BỨC XẠ TRONG CHỤP

 Đánh giá được mức độ nguy hiểm của liều bức xạ nếu phải chịu liều chiếu bắt buộc Giảm liều chiếu không cần thiết đến mức tối đa cho mọi đối tượng trong suốt quá trình tiến hành thực nghiệm do vậy nhân viên làm các công việc có liên quan đến bức xạ phải được đào tạo đầy đủ về an toàn bức xạ để tránh những tai nạn,

sự cố rủi ro gây nguy hiểm tới con người Xuất phát từ các yêu cầu nêu trên chương này sẽ đề cập tới phương pháp tính toán liều chiếu cho phim trong chụp ảnh phóng

xạ tia X cũng như tia gamma và đánh giá an toàn bức xạ cho các nhân viên tham gia tiến hành thực nghiệm

3.1 Liều chiếu

3.1.1 Định nghĩa

Liếu chiếu là đại lượng đánh giá mức độ ion hóa gây bởi tia gamma hoặc tia

X trong một đơn vị khối lượng không khí Thứ nguyên là Coulomb trên kg (trong

hệ SI) và Roentgen (ngoài SI)

Về mặt toán học, liếu chiếu trong chụp ảnh phóng xạ có thể được biểu diễn như sau:

 Đối với máy phát tia X:

Liều chiếu = Dòng phát x thời gian

 Đối với nguồn gamma:

Liều chiếu = Hoạt độ x thời gian

3.2 An toàn bức xạ

Bức xạ có thể gây nguy hại thậm chí phá hủy các mô của cơ thể nếu các nhân viên bị chiếu khi tiến hành các công việc có liên quan tới nguồn bức xạ Do đó nó đòi hỏi sự hiểu biết về an toàn phóng xạ, sự vận hành chính xác và thái độ nghiêm túc cao của nhân viên trong quá trình làm việc Mục đích cơ bản về hiểu biết an toàn bức xạ là đảm bảo an toàn cho bản thân, những người xung quanh và duy trì sức khỏe cho nhân viên sau khi làm việc Vấn đề quan trọng cần được xem xét trong kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ đó chính là những rủi ro và chịu bức xạ ion hóa có thể gây ra các hiệu ứng sinh học Nguyên tắc ATBX nhằm bảo vệ con người gồm ba vấn đề chính là giới hạn sự chiếu xạ, kiểm soát sự chiếu

xạ và kiểm soát liều bức xạ Để biết về giới hạn liều bức xạ cũng như điều kiện an toàn phóng xạ trước hết phải tìm hiểu các định nghĩa, đơn vị của các đại lượng bức

xạ

3.2.1 Các đại lượng và đơn vị đo

- Hoạt độ phóng xạ: Là số phân rã trong một đơn vị thời gian

dt

dN

Đơn vị là Becquerel (Bq), 1Bq bằng một phân rã trong một giây (dps) Đơn

vị cũ là Curie (Ci), 1Ci = 3,7.1010Bq

- Liều chiếu: Là đại lượng được tính bằng số lượng ion hóa trong không khí gây bởi

- Liều hấp thụ: Năng lượng trung bình mà bức xạ truyền cho vật chất ở trong một

thể tích nguyên tố chia cho khối lượng của vật chất chứa trong thể tích đó

HT,R = DT,R WR (3.5) Trong đó: HT,R là liều tương đương

DT,R là liều hấp thụ

WR là trọng số của mỗi loại bức xạ

Bảng 3.1 đưa ra giá trị trọng số (WR) của một số loại bức xạ

2 Proton và các proton giật lùi có năng lượng > 2MeV 5

5 1

0 2

0 1

Đại lượng này cũng có thứ nguyên là Jun/kg nhưng có tên là Sievert (Sv)

- Liều hiệu dụng: Là tổng liều tương đương của từng mô nhân với trọng số mô

tương ứng

E = H T W T (3.6) Trong đó: HT, WT là liều tương đương và trọng số của mô T

Đơn vị cũng là Jun/kg và có tên là Sievert

Các trọng số mô đặc trưng cho cơ quan (mô) trong cơ thể được cho ở bảng

3.2

Bảng 3 2: Trọng số mô (WT) của các cơ quan trong cơ thể

Giác mạc

Vú Gan Tuyến giáp

Da Mặt xương Còn lại

0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,00 0,05

Suất liều hiệu dụng là liều hiệu dụng tính trong một đơn vị thời gian

- Liều giới hạn: Là giá trị về độ lớn của liều quy định cho từng đối tượng (nhân

viên bức xạ, dân chúng, học viên v.v ) Khi làm việc với bức xạ, các đối tượng

không được nhận sự chiếu xạ vượt quá giá trị độ lớn về liều giới hạn quy định cho

mình

3.2.2 Liều giới hạn cho nhân viên làm việc bức xạ và dân chúng

Dựa vào những kết quả đã được nghiên cứu, Ủy ban quốc tế về bảo vệ chống

bức xạ đã đưa ra một số nguyên tắc sau:

- Chỉ được tiếp xúc với bức xạ khi cần thiết

- Giảm liều chiếu tới mức thấp nhất có thể chấp nhận được