Tìm hiểu về máy phát tia x RIGAKU 200EGM và xây dựng giản đồ chiếu phát hiện khuyết tật

Trong thực tế và các ngành công nghiệp và đời sống sản xuất , vật liệu nhôm là vật liệu đƣợc sử dụng khá là rộng rã vì các đặc tính của nó nhƣ nhẹ, bền, ko bị gỉ...Vật liệu nhôm còn là thành phần thiếu yếu của các chi tiết máy, thiết bị trong công ngiệp đòi hỏi độ chính xác cao. Nên việc xây dựng giản đồ chụp ảnh phóng xạ tia X trong công nghiệp xác định khuyết tật cho vật liệu nhôm là điều cần thiết.Xuất phát từ thực tế đó, luận văn nhằm mục đích xây dựng giản đồ chiếu cho vật liệu nhôm. Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ tia X trên máy phát tia X “ RIGAKU200GM” sử dụng phim D7 trong dải bề dày vậy liệu từ 1mm đến 100mm, với cao áp 150kV, 160kV, 170kV, 180kV. Đánh giá độ nhạy của phƣơng pháp.

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 đếnthực nghiệm ứng dụng của ngành Kỹ thuật Hạt Nhân trong Công Nghiệp, giúp sinhviên 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 đãtận tình bỏ thời gian, công sức giúp đỡ hướng dẫn tôi để có thể hoàn thành khóaluận này

Đồng thời xin trân trọng cảm ơn các quý thầy cô khoa Kỹ thuật Hạt trường Đại Học Đà Lạt đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong nhữngnăm theo học

nhân-Tôi cũng xin cảm ơn những người bạn, những thành viên tập thể lớp HNK37cũng như những sinh viên trong khoa đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong quátrình 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 thiếusót không mong muốn, rất mong được sự giúp đỡ và những đóng góp bổ ích từnhững 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 tôithực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS Phạm Xuân Hải và sự giúp đỡ tận tình củacác quý thầy cô khoa Kỹ thuật Hạt Nhân, Đại học Đà Lạt Những kết quả và các sốliệu trong khóa luận chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào Tôi xin chịuhoàn 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

1.2.1 Tính chất của tia X 5

1.2.2 Tương 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

2.2.2 Các tính chất của phim 12

2.2.3 Độ đen của ảnh chụp 12

2.2.4 Độ mờ 13

2.2.5 Tốc độ phim 13

2.2.6 Độ nhòe hình học 13

2.2.7 Độ 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

2.1.10 Vật chỉ thị chất lượng ảnh IQI (Image quality Indicator ) 19

2.1.11 Độ nhạy phát hiện khuyết tật 21

2.1.12 Tính và đánh giá độ nhạy chụp ảnh phóng xạ 21

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

5.1 Bố trí thực nghiệm 35

5.2 Chuẩn bị thực nghiệm 36

Chương 6 39

KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ THẢO LUẬN 39

6.1 Thực nghiệm tại cao áp 150kV 39

6.1.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách 39

6.1.2 Thực nghiệm xác định độ đen 39

6.1.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy 42

6.2 Thực nghiệm tại cao áp 160kV 44

6.2.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách 44

6.2.2 Thực nghiệm xác định độ đen 45

6.2.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy 47

6.3 Thực nghiệm tại cao áp 170kV 49

6.3.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách 49

6.3.2 Thực nghiệm xác định độ đen 49

6.3.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy 52

6.4 Thực nghiệm tại cao áp 180kV 54

6.4.1 Thực nghiệm chọn khoảng cách 54

6.4.2 Thực nghiệm xác định độ đen 54

6.4.3 Thực nghiệm tính toán độ nhạy 57

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

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

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 khiểnSv/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) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiểnSv/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 khácthì kỹ thật hạt nhân đã và đang ngày càng được áp dụng, ứng dụng phổ biến trongnhiều lĩnh vực đời sống, và mang lại nhiều lợi ích kinh tế Trong sự phát trển của kỹthuật hạt nhân “ kiểm tra không phá hủy (NDT)” sử dụng rộng rãi trong nhiềungành công nghiệp trên khắp thế giới và Việt Nam Với sự phát trển về công nghệkhông có giới hạn như hiện nay thì các ngành công nghiệp trọng điểm đang là mộtthế 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 nghệcũng như bán các sản phẩm công nghệ ra các nước trên thế giới đòi hỏi cần phải cómặt hàng đảm bảo chất lượng để có thể cạnh tranh trên thị trường rộng lớn và tiềmnăng Thế Giới Vì vậy kiểm tra không phá hủy là một phần quan trọng trong cáccông tác kiểm tra chất lượng sản phẩm Phương pháp không pha hủy dùng để kiểmtra các khuyết tật mối hàn, các vết nứt trong các đường ống, các công trình xâydựng Ngoài ra nó còn phục vụ cho nhiều ngành khác như: Hóa Chất, chế biến lọcdầu, xi măng, khai thác dầu khí, các công trình giao thông, thủy lợi, và cả trongnông nghiệp lẫn y tế Một trong những phương pháp kiểm tra không phá hủy ngàycàng được chấp nhận rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp làPhương pháp chụp ảnh bức xạ công nghiệp Nó đang ngày trở nên hữu hiệu và ứngdụng rộng rãi, là sự lựa chọn tối ưu cho các ngành công nghiệp về cả độ chính xáclẫn 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 bịgỉ Vật liệu nhôm còn là thành phần thiếu yếu của các chi tiết máy, thiết bị trongcông ngiệp đòi hỏi độ chính xác cao Nên việc xây dựng giản đồ chụp ảnh phóng xạtia X trong công nghiệp xác định khuyết tật cho vật liệu nhôm là điều cần thiết

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn nhằm mục đích xây dựng giản đồ chiếu chovật liệu nhôm Phương pháp chụp ảnh phóng xạ tia X trên máy phát tia X “ RIGAKU-200GM” sử dụng phim D7 trong dải bề dày vậy liệu từ 1mm đến 100mm, với cao áp

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

phimASME American Society of Mechanical Hiệp hội kỹ sƣ cơ khí

ASTM American Society for Testing and Hiệp hội kiểm tra và vật

FFD Focus to Film Distance Khoảng cách từ tiêu điểm

phát bức xạ đến phimIAEA International Attomic Energy Cơ quan năng lƣợng

IQI Image Quality Indicator Vật chỉ thị chất lƣợng ảnhISO International Standards Hệ thống tiêu chuẩn Quốc

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 kiểmtra phát hiện khuyết tật bên trong cấu trúc của vật liệu, sản phẩm, các chi tiết máymóc 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 chấtlượng 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 trìnhchế tạo sản phẩm như: tăng mức độ an toàn và đáng tin cậy của sản phẩm khi làmviệc

 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 xuyênhoặc định kỳ chất lượng của các thiết bị máy móc và các công trình trong quá trìnhvận 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 RoyalAresnal ở Woolwich Bước phát triển tiếp theo, vào năm 1930 khi hải quân Mỹđồng 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 côngnghiệp hàng không mà còn mở rộng sang các lĩnh vực khác như kiểm tra các mốihàn trong nhà máy điện, xưởng đóng tàu, các nhà máy luyện kim, cấu trúc thiết bịvận 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 ánhsáng thường chỉ khác nhau về bước sóng Trong kiểm tra vật liệu bằng chụp ảnhbức 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 bởiThalium

- 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 thànhcác 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 khảnăng xuyên thâu phụ thuộc vào năng lượng của photon, mật độ và chiều dày củalớp vật chất

- Nó tác dụng lên lớp nhũ tương của phim ảnh

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

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(-μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiểnx) (1.1)Trong đó μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển là hệ số hấp thụ tuyến tính

μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển = γ + δ + k (1.2)

Sở dĩ hệ số μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển 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 làmyếu do hấp thụ quang điện; δ bao gồm hai thành phần: δa là hệ số hấp thụ tán xạ, δb

Khoảng cách 1/μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển được gọi là quãng chạy tự do trung bình của photon

Từ biểu thức trên ta thấy μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển 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 thuộcnhiều 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 μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển:

μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển=μSv/h) ở các vị trí trên tường phía phòng điều khiển/ρ (1.4)

Ở đây ρ là mật độ của vật chất

Hiệu ứng quang điện

Bức xạ tới

Điện tửquang điện

Hình 1 1: 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 đượcdùng để đánh bật điện tử ra khỏi quỹ đạo và cung cấp cho nó một động năng nàođó.Quá trình hấp thụ quang điện có hiệu suất cao nhất khi tương tác xảy ra vớinhững 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 docủa nguyên tử tạo ra một điện tử chuyển động gọi là điện tử compton Photon truyềnmột phần năng lượng của mình cho một điện tử làm nó tách ra khỏi nguyên tử vàchuyển động với vận tốc nào đó trong khi photon tới bị tán xạ và lệch đi một góc sovới phương ban đầu và năng lượng của nó cũng giảm đi

Photon tán xạ

Bức xạ tới

ComptonElectron

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 hailần khối lƣợng nghỉ của một electron, nghĩa là h 2m0c2 = 2x0,511MeV = 1,022MeV;  0,01 A0,  = 3x1020s-1) chuyển động tới gần hạt nhân

electron

Bức xạ tới

positron

Hình 1 3: Hiệu ứng tạo cặp

Chú ý: Quá trình này chiếm ƣu thế khi gammar tới có năng lƣợng cao và

chuyển động tới gần hạt nhân có nguyên tử số cao

Positron bị làm chậm dần bởi sự hấp thụ trung gian và biến mất sau đó, nhưvậy 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:

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:

I1  D1

(1.7)

I2 D2Trong đó D1, D2 là suất liều bức xạ tại khoảng cách r1, r2 tính từ nguồn Điềunày có nghĩa là suất liều sẽ giảm rất nhanh khi ta di chuyển nguồn ra xa Nếukhoảng 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 đổiquang hóa trên lớp nhũ tương của phim ảnh, vì vậy tạo nên những thay đổi vể độđen của phim X quang Độ đen của phim phụ thuộc cả vào số lượng lẫn chất lượngcủa 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 Dướitác động của photon bức xạ năng lượng h, một ion âm Br- giải phóng bớt điện tửcủa 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+ bằngphản ứng:

-Ag+ + e- → Ag

Cả quá trình được biểu diễn như sau:

Ag+ + Br- → Ag + BrCác nguyên tử Bromide trung hòa cũng liên kết để tạo ra các hạt Br- và rờikhỏi các tinh thể AgBr, vì vậy các nguyên tử bạc tự do được đọng lại Quá trìnhhiện 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 haimặt của lớp nền Halide bạc được phân bố đều trong nhũ tương dưới dạng nhữngtinh thể cực nhỏ và khi bị chiếu bởi tia X, tia gamma hay ánh sáng nhìn thấy nó sẽthay đổi cấu trúc vật lý Halide bạc có dạng hạt, kích thước của nó có ảnh hưởngđáng 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 bảocho chất nhũ tương mỏng bám chặt vào lớp nền

Lớp bảo vệ phía ngoài là một lớp mỏng gelatin nhằm giữ cho lớp nhũ tươngbên trong khỏi bị hư hỏng trong các thao tác và xử lý

Trong cấu trúc phim, lớp nhũ tương là lớp đóng vai trò quan trọng nhất Vốnrất nhạy với tia X, tia gamma, ánh sáng, nhiệt độ và một số hóa chất v.v nên cầnthận 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 từngphép 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 mộttấm nêm độ đen hoặc dùng máy đo độ đen Những thiết bị đo độ đen quang họcthường 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 kếnhỏ có thang được chuẩn theo đơn vị độ đen Dải mật độ phim chấp nhận trongchụp 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 hainguyên nhân sau: Độ đen có sẵn trong lớp nền của phim vì lớp nền của phim khônghoàn 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 theotừng 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 tínhbằng Roentgen của một phổ bức xạ đặc trưng tạo ra một độ đen cho trước trênphim 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 xạtăng lên thì tốc độ phim sẽ bị giảm xuống Kích thước hạt của phim ảnh hưởng đếnthời gian chiếu và chất lượng ảnh Phim có hạt cực mịn hoặc mịn cho chất lượngtốt hơn Phim mà các hạt của nó bắt đầu tham gia vào phản ứng khi bị chiếu xạ sớmhơn những phim khác thì đó là những phim có tốc độ cao, những phim này có kíchthước hạt lớn hơn nên độ nét giảm Các hạt của phim có tốc độ cao sẽ cho ra mật độyêu 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 điểnthường không phải là nguồn điểm mà thường có kích thước nào đó Do vậy, hìnhảnh cho ra thường rộng hơn kích thước thực của vật thể đó là do có sự đóng gópcủa độ nhòe hình học Ug , Hình 2.2

F

bVật kiểm

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

2.2.7 Độ tương phản của phim (Gd)

Độ tương phản hay Gradient của phim được xác định từ đường đặc trưngcủa phim qua việc tìm độ dốc của đường tại độ đen ấy (hình 2.6) Độ tương phảncủa 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:

1

tgα=GD=3

Logarit cơ số 10 của liều chiếuHình 2 3: Đường đặc trưng tiêu biểu của phim tia X loại trực tiếp

Độ tương phản của phim phụ thuộc vào độ đen của phim được chỉ ra trên hình 2.4

6 C5

có tốc độ trung bình; (C) Phim trực tiếp hạt mịn

2.2.8 Độ nét của phim.

Độ nét của ảnh ghi được trên phim phụ thuộc vào sự phân bố kích thước cáchạt trên nhũ tương Nói chung các hạt càng nhỏ thì càng có nhiều thành phần mịntham gia vào quá trình tạo ảnh Có hai yếu tố ảnh hưởng đến độ nét của phim là độhạt 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 phimkhi chụp các tia X hoặc gamma chiếu trực tiếp tới phim hoặc qua màng tăng cườnglàm bằng những nguyên tố có nguyên tử số cao, thường là chì Lá chì dùng làmmàng 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 nănglượng 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 nàycũng 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 cácbước 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 bịảnh hưởng và bị giải phóng đi ở giai đoạn này Những tinh thể bị chiếu thì sẽ bị tácđộng của thuốc hiện, tách bạc ra khỏi hỗn hợp và lắng đọng thành các hạt bạc kimloại nhỏ bé, các hạt này tạo ra hình ảnh của bạc màu đen Nhiệt độ càng cao thì việchiện ảnh được thực hiện càng nhanh, tuy nhiên ở nhiệt độ 200C ta thu được kết quả

bằng tay Rung lắc làm phim dao động trong dung dịch như vậy thì dung dịch đượctiếp xúc tốt với bề mặt của phim sao cho phản ứng hợp lý được xảy ra giữa nhũtương của phim và dung dịch Nếu không rung lắc thì phim thu được sẽ không đạtchất 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 Trongthùng chứa một dung dịch 2,5% Glacial acetic acid, tác dụng của acid này là đểdừng tác động của chất hiện đến phim đồng thời nó cũng ngăn được việc truyềnchất hiện vào thùng chứa dung dịch hãm và làm hỏng chất hãm Ngoài việc sử dụngdung dịch acid trên ta có thể sử dụng nước sạch đang chảy ít nhất là 1 đến 2 phút đểthay 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 đượcchiếu trở thành một ảnh thực Khoảng thời gian từ khi đặt phim vào dung dịch hãmđến khi biến mất màu sữa vàng ban đầu được gọi là thời gian làm sạch, thời gianhãm khoảng 5 phút đồng thời thao tác rung lắc cũng được tiến hành Chất hãm phảigiữ ở nhiệt độ giống nhiệt độ của chất hiện và trong thùng giũ (180C đến 240C)

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.

- 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 loạiIQI với các tính năng khác nhau để đánh giá xác định độ nhạy ảnh chụp, đặc tính cơbản của IQI là vật liệu chuẩn, nói chung càng phải giống với mẫu vật kiểm tra càngtốt, kích thước phải chính xác.IQI loại dây là một bộ các sợi dây thẳng (dài ít nhất25mm) của cùng loại vật liệu với mẫu vật chụp, các đường kính dây được lựa chọntheo các giá trị được trình bày trong bảng 2.1

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

Dây số Đ kính(mm) Dây số Đ kính(mm) Dây số Đ kính(mm) Dây số Đ kính(mm)

- 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 bậcmỏng hơn của loại IQI bậc/lỗ hoặc dây mảnh nhất của loại IQI dây nằm cách xa trụcchùm tia bức xạ nhất

- Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ kiểm tra mối hàn, thì IQI dạng bậc/ lỗ phảiđược 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 IQIlên 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

2.1.11 Độ nhạy phát hiện khuyết tật

Độ nhạy phát hiện khuyết tật Sf được định nghĩa:

Kích thước của khuyết tật có thể phát hiện được

Bề dày mẫu vậtĐây 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 vàcác thông số phụ thuộc bằng cách sử dụng bộ chỉ thị chất lượng ảnh (IQI) ta có thểxác định được độ nhạy phát hiện khuyết tật Vấn đề này sẽ được đề cập ở mục tiếptheo

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 khuyếttật hay những thay đổi bề dày mẫu vật dựa vào dây hoặc lỗ IQI nhỏ nhất phát hiệnđược 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:

Kích thước dây, lỗ, bậc nhỏ nhất nhìn thấy được

Bề dày mẫu vậtCần lưu ý rằng khi áp dụng công thức này cần phải trích dẫn loại IQI đangđược sử dụng Độ nhạy hay chất lượng ảnh chụp phụ thuộc vào độ nét và độ tươngphản của ảnh Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nét và độ tương phản được liệt kê trongbảng 2.2

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

1 Năng 1 Loại 1 Khoảng cách 1 Năng

1 Loại phimlƣợng bức xạ phim nguồn-phim (Sfd) lƣợng bức xạ

2 Bức xạ tán

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 chiếubắt buộc Giảm liều chiếu không cần thiết đến mức tối đa cho mọi đối tượng trongsuốt quá trình tiến hành thực nghiệm do vậy nhân viên làm các công việc có liênquan 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 chươngnày 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 thamgia 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 diễnnhư sau:

trong đó:

E là liều chiếu,

I là cường độ bức xạ,

 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 nhânviên bị chiếu khi tiến hành các công việc có liên quan tới nguồn bức xạ Do đó nóđòi hỏi sự hiểu biết về an toàn phóng xạ, sự vận hành chính xác và thái độ nghiêmtúc cao của nhân viên trong quá trình làm việc Mục đích cơ bản về hiểu biết an toànbức xạ là đảm bảo an toàn cho bản thân, những người xung quanh và duy trì sứckhỏe cho nhân viên sau khi làm việc Vấn đề quan trọng cần được xem xét trongkiểm 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 conngười gồm ba vấn đề chính là giới hạn sự chiếu xạ, kiểm soát sự chiếu xạ và kiểmsoát 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

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 tia bức xạ.

X 

d

d m

Đơn vị đo là Culong/kg (C/kg), đơn vị cũ là Roentgen (R), 1R =2.58.10

-4

C/kg

Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian

-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

d m

Đơn vị của liều hấp thụ là: Gray (Gy) hay (J/kg), đơn vị cũ là Rad, 1 Gy =

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

Bảng 3 1: Trọng số bức xạ (WR) ứng với từng trường hợp khác nhau

Tia X & gamma và điện tử với mọi năng lượng (trừ điện tửAuger)

Proton và các proton giật lùi có năng lượng > 2MeVAlpha, mảnh phân hạch, hạt nhân nặng

0Neutron: E <10 KeV

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

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 bảng3.2

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

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

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 chốngbức 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