Giáo trình phương pháp kiểm tra không phá hủy kim loại bằng tia rơnghen và gamma

H iệu ứng quang điện tử là quá trình cơ bản khi hấp thụ photon với năng lượng nhỏ hơn 0,3-0,5 McV.Đại lượng đặc trưng cho độ suy giảm tương đối của dòng phát xạ do hấp thụ điện quang gây

Trang 3

PGS.TS PH Ạ M NGỌC NGUYÊN, PGS.TSKH P H Ạ M K HẮC HÙNG

G I Á O T R ÌN H PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA

KHÔNG PHÁ HỦY KIM LOẠI

BẰNG TIA RƠNGHEN VÀ GAMMA

Trang 4

r V T-% ;• • ••

l i e .

Trang 5

LỜI NÓI ĐẨU

Chiếu bằng tia rơnghen và gam m a cũng là m ột trong những m odul kiểm tra khống phá hủy (NDT) phổ biến để thăm dò khuyết tật Từ lâu phương pháp chụp ảnh phóng xạ này đã được ứng dụng trong hầu khắp các x í nghiệp chế tạo m áy trên th ế giới Ngoài ra hiện tượng nhiễu xạ tia X đã là cơ sớ đặc biệt quan trọng cho phương pháp phân tích cấu trúc bằng tia 1'ơnghen Các nguồn đổng vị phóng xạ đã được ứng dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, trong các m áy đo mức (chất lỏng) Việc tìm ra các đồng vị phóng xạ trong công nghiệp như coban 60, xesi 137, enropi 155 v.v đã m ở ra những triển vọng lớn cho việc ứng dụng chúng để kiểm tra chất lượng sản phẩm

Phòng thí nghiệm dùng tia Iơnghen và gam m a đặc biệt cần thiết đối với các

xí nghiệp trong đó quá trình hàn và đúc chiếm vị trí quan trọng Kiểm tra 100% các chi tiết hàn và các tấm mỏng cũng như kiểm tra điểm đã cho phép giảm rất nhiều sản phẩm phế phẩm, tăng năng suất và tăng độ bền của sản phẩm Nhờ thăm dò khuyết tật bằng kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ có thể kiểm tra m ột cách tin cậy các chi tiết m áy từ đơn giản đến phức tạp cũng như các loại vật phẩm khác

Cuốn sách P h ư ơ n g pháp kiểm tra không phá hủy kim loại bằng tia rơnghen

và gamma được viết là sự tiếp nối của cuốn “Phương pháp kiểm tra không phá hủy kim loại” của cùng tác giả đã được xuất bản trong đó trình bày phương pháp kiểm tra bằng siêu âm, điện từ và m ột số phương pháp khác Nội dung cuốn sách này bao gồm: Thăm dò khuyết tật bằng tia rơnghen (chương 1) và tia gam m a (chương 2), kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ (chương 3) và m ột số vấn đề về kỹ thuật an toàn phóng xạ (chương 4) Bạn đọc có thể tìm thấy nhiều thông tin chung hữu ích có trong chương 1 của cuốn “Phương pháp kiểm tra không phá hủy kim loại” trong đó m ô tả tương đối chi tiết về các dạng khuyết tật chi tiết máy và khả năng phát hiện chúng

Trang 6

Cuốn sách này được biên soạn trước hết cho sinh viên ngành vật lý trường Đại học kỹ thuật Đ ây cũng là tài liệu tham khảo cho cán bộ nghiên cứiu và làm việc trong các ngành vật lý, luyện kim, khoa học vật liệu, c h ế tạo nnáy, nhiệt điện, giao thông vận tải và các ngành liên quan.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp vì những ý kiến gc5p ý quý giá và m ột số tài liệu tham khảo cho quá trình biên soạn Xin có lời cảm

ơn bạn đọc chỉ ra những thiếu sót khó tránh khỏi trong cuốn sách này

Hà N ội 2009

C á c tá c g iả

4

Trang 7

PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY KIM LOẠI BẰNG TIA RƠNGHEN VÀ GAMMA

MỤC LỤC

1.2 Sự suy giảm của tia rơnghen khi qua vật chất 13

1.2.2 Sự suy giảm của chùm phát xạ rộng 19

1.3.2 Phương pháp quan sát trực tiếp-soi rơnghen 44

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng lên chất lượng của phim rơnghen 53

1.7 K iểm tra và bảo dưỡng thiết bị rơnghen 79

2.2 Tính chất phóng xạ và quy luật phân rã phóng xạ 82

Trang 8

MỤC LỤC

2.4.4 ư u nhược điểm khi sử dụng thiết bị gam m a 100

2.4.6 Kiểm tra và bảo dưỡng thiết bị gam m a 101

3.2.2 M ột số phương pháp khác xác định liều chiếu 1293.3 Xác định vị trí khuyết tật trong vật phẩm 130

4.1.1 Yêu cầu an toàn đối với tia rơnghen 1824.1.2 Thiết lập biên giới vùng chụp ảnh phóng xạ 184

6

Trang 9

4.2 Bảo vệ tránh dòng cao áp 185

P h ụ lục 1 Các ký hiệu được sử dụng trong giáo trình 189

p 2 1 Đơn vị của các đại lượng vật lý chọn lọc 191

p 2.4 Bước sóng của các nguồn bức xạ chọn lọc 193

Trang 11

CHƯƠNG 1

T H Ă M DÒ K H U Y Ế T T Ậ T BANG TIA R Ơ N G H E N

Phát x ạ rơnghen được nhà bác học Roentgen tìm ra năm 1895 Trong quá trình làm th í nghiệm với loại tia mới kỳ lạ này Roentgen đã chụp ảnh của những vật khác nhau, và m ột năm sau khi phát hiện ra tia rơnghen (tia x), một đường hàn đã được kiểm định bằng chụp ảnh tia X N hững bức ảnh này

đã đánh dấu sự ra đời của phương pháp chụp ảnh phóng xạ G iống như ánh sáng và sóng vô tuyến tia rơnghen và tia gam m a (tia y) cũng là sóng điện từ Căn cứ vào bước sóng và tần số của các tia khác nhau có thể sắp xếp chúng theo thứ tự như trong bảng 1.1

1.1 Bức x ạ rơ n g h e n và n g u ồ n rơ n g h en

Bức xạ tia X có thể thu được trong ống phát tia X S ơ đồ ống phát tia X được trình bày trong hình 1.1 Áp suất trong ống là cỡ 10 6-10'7m m H g Catot và anot của ống thường làm bằng vonfram (W) Catot dược đốt nóng đến 2427- 3027° c n h ờ d ò n g điện 5-6 A

Các điện tứ chuyên dộng với vận tốc lớn tới anot Sau khi đập vào anot chúng tương tác với các điện tử của nguyên tử vật chất anot Khi đó chúng tiêu tốn m ột phần năng lượng trong ion hoá và kích thích các nguyên tử vật chất K ết quả là điện tử thay đổi hướng chuyển động hay bị hãm lại Bức xạ

do bị hãm của điện tử trên vật chất gọi là bức xạ hãm hay bức xạ rơnghen.Lượng tử phát sinh khi hãm diện tử có thể có giá trị năng lượng từ không đến giá trị bằng động năng của điện tử Điều đó nói lên rằng tương tác bức xạ có thể phát sinh cả sau khi hao hụt năng lượng điện tử trong kích thích và ion hoá nguyên tử vật chất Nếu điện tử có động năng toàn phần ban đầu là Ek thì:

Trang 12

Chương 1 THĂM DÒ KHUYẾT TẬT BẰNG TIA RƠNGHEN

Nước làm lạnh Vảo

Hình 1.1 Sơ dồ ong phát tia X.

Bảng 1.1 Sóng diện từ với bước sóng và tần số khác nhau

Trang 13

Bước sóng, Ả

Hình 1.2 Phổ toàn phần của phát xạ tia x:

1 - phát xạ đặc trưng; 2 - pliổ liên tục của phát xạ hãm.

bức xạ hãm là bức xạ lượng tử với phổ liên tục phát sinh khi thay đổi vận tốc của các hạt điện tích do tác dụng tương hỗ với môi trường Phổ liên tục của bức xạ tia X không phụ thuộc vào vật chất làm anot m à phụ thuộc vào điện

áp trong ống tia X N ãng lượng phát xạ và bước sóng X tương ứng dược xác định bới điện áp trong ống Đ iện áp càng tăng thì cường độ và độ cứng của phát xạ càng tăng-bước sóng càng nhỏ

Khi điện áp trong ống đạt tới một mức xác định nào đó thì trên phông phổ liên tục xuất hiện phát xạ đặc trưng Phổ đặc trưng xuất hiện là do các nguyên tử của vật chất anot Khi nguyên tử từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản sẽ phát ra photon Đó chính là phát xạ đặc trưng xuất hiện clo quá trình xảy ra trong nguyên tử Vậy phát xạ đặc trưng là phát xạ lượng tử với phổ gián đoạn phát sinh do thay đổi trạng thái năng lượng của nguyên tử Bước sóng của phát xạ đặc trưng phụ thuộc vào nguyên tử số z của nguyên

tố hóa học, tức phụ thuộc vào vật liệu làm anot Hệ phổ đặc trưng này dịch

về khu vực sóng ngắn hơn khi tăng nguyên tử số z.

Như vậy phát xạ tia X là phát xạ hãm và phát xạ đặc trưng có dải năng lượng nằm trong khoảng từ lk e V đến lM eV , tức tương ứng với khoảng bước sóng

từ 10'fi cm đến 1 0 " cm Phổ phát xạ tia X là m ột đường cong liền ứng với phổ phát xạ hãm của điện tử và các vạch cường độ riêng biệt nhô hẳn lên ứng với phổ phát xạ đặc trưng của vật liệu anot, hình 1.2

Trang 14

Do có cùng bản chất nên tia X và tia y tuân theo những quy luật như nhau khi tương tác với vật chất Chúng chỉ khác nhau ớ cơ c h ế xuất hiện Tính chất đặc biệt của tia X và y là lượng tứ của chúng lớn hơn nhiều so với lượng tử ánh sáng nhìn thấy Nói cách khác c h ú n g c ó bước sóng X rất nhỏ Tia X v à

tia Y có những tính chất giống nhau sau đây:

1 Không nhìn thấy được

2 Không cảm nhận được bằng giác quan của con người

3 Có khả năng làm cho m ột số chất phát quang như sunfua kẽm (ZnS), sunfua catm i (CdS)

4 Chuyển động với vận tốc ánh sáng

5 Có hại đối với tế bào sống

6 Có thể ion hóa vật chất (đặc biệt với chất khí rất dễ bị ion hóa trở thành các điện tử và ion dương)

7 Truyền theo dường thẳng Vì có bản chất giống ánh sáng nên chúng tuân theo các định luật cơ bản của ánh sáng-phản xạ, khúc xạ

8 Tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa nguồn phát và điểm xác định (rong không gian, I ~ l/x 2

9 Có thể xuyên qua những vật m à ánh sáng không thể qua được Mức độ đâm xuyên phụ thuộc vào năng lượng của photon, m ật độ và chiều dày lớp vật chất Quy luật hấp thụ các lượng tứ photon có dạng:

ĩ = I0B e x p (-|ax )trong đó: I, I(), B, f-i và X tương ứng là cường độ chùm tia tại vị trí X, cường

độ chùm tia ban đầu, hệ số tích lũy (Buil-up), hệ số hấp thụ và chiều dày

10 Tác dụng lên lớp nhũ tương phim

11 Khi đi qua lớp vật chất chúng bị hấp thụ hoặc phản xạ

Các tính chất 7, 8, 9, 10, 11 thường được sử dụng trong công nghiệp

Để đo liều lượng của tia X hoặc tia y người ta sử dụng đơn vị rơnghen (R)

R ơnghen được định nghĩa là lượng bức xạ của tia X hoặc tia y cần thiết để tạo ra một điện tích 1 e.s.u (cả hai dấu) trong m ột đơn vị thể tích không khí khô ở áp suất 760 m m H g và 0"C M ột rơnghen là liều lượng phát xạ rơnghen

12

Trang 15

hoặc gam m a bằng 2 ,5 7 9 7 6 1 0 4 culong trên kilôgam , 1 R = 2,57976.1 0 4 c/k g

R ơnghen chỉ được áp dụng cho tia X hoặc tia y trong môi trường không khí.Liều lượng bức xạ là tổng lượng bức xạ nhận được bởi m ột vật ở m ột vị trí nhất định, v ề m ặt toán học, liều lượng bức xạ có thể được định nghĩa là

L = Ixt, trong đó: L - liều lượng bức xạ; I - cường độ bức xạ và t - thời gian vật dược chiếu

Suất liều lượng bức xạ của m ột nguồn đã cho được đo bằng rơnghen/giờ (R/h) tại khoảng cách lin tính từ nguồn Đại lượng này được ký hiệu là

“ R H M " của nguồn và là một trong những đặc trưng kỹ thuật qưan trọnơ của thiết bị rơnghen và gam m a

1.2 Sự suy giảm của tia rơnghen khi qua vật chất

Sự suy giảm của tia X cũng như tia Y khi đi qua vật chất đã kéo theo m ột loạt hiện tượng đặc biệt được ứng dụng trong thăm dò khuyết tật, các lĩnh vực kỹ thuật và liều lượng học khác nhau Chi tiết về những hiện tượng này có thể tìm thấy trong các tài liệu chuyên ngành Dưới đây trình bày những kiến thức cần thiết cho thăm dò khuyết tật trong vật liệu bằng tia rơnghen và tia gam m a

1.2.1 Sự suy giảm của chùm phát xạ hẹp

Khi tia X xuyên thâu vào mỏi trường nào đó thì các lượng tử tia X sẽ tương tác với vật chất của m ôi trường Khi đó năng lượng và hướng chuyển động của lượng tử bị thay đổi, tức xảy ra sự suy giảm và tán xạ năng lượng phát

xạ Sự suy giảm của phát xạ lượng tử tuân theo quy luật hàm mũ Thông thường photon bị m ất đi do tác dụng tương hỗ với hạt nhân nguyên tử hay với điện tử quỹ đạo của vật chất hấp thụ Có ba loại tương tác của các photon với vật chất: hiệu ứng quang điện tử, sự tán xạ và hiệu ứng tạo cặp Lượng photon bị m ất đi khỏi chùm đơn sắc trong lớp hấp thụ tỷ lệ với cường độ I,

số nguyên tử n trong một đơn vị thể tích hấp thụ và chiều dày lớp hấp thụ dx Bởi vậy sự thay đổi cường độ dòng phát xạ có dạng:

Trang 16

ở đây: I„ - cường độ chùm tới; I - cường độ chùm truyền qua; X - chiều dày toàn phần của chất hấp thụ.

Số nguyên tử n trong m ột đơn vị thể tích chính bằng NAp/A, trong đó NA - số Avogadro, p - m ật độ chất hấp thụ, A - trọng lượng nguyên tử chất h íp thụ Cách phân tích như trên về sự suy giảm của photon chỉ thích hợp dối với chùm phát xạ hẹp, tức là photon bất kỳ lệch đi, ngay cả dưới một góc lệch nhỏ, coi như hoàn toàn bị hấp thụ Ớ đây § (cm 2) là hệ số suy giảm nguyên

tử của chùm phát xạ hẹp, (NAôp/A ) = JU (em ') là hệ số suy giảm tuyến tính của chùm phát xạ hẹp Tỉ số |_i/p (cm 2/g) là hệ số suy giảm khối của chùm phát xạ hẹp G iá trị của hệ số suy giảm tuyến tính và suy giảm khối của phát

xạ trong các vật liệu khác nhau phụ thuộc vào năng lượng phát xạ, bảng l 2

N guyên tử số, trọng lượng nguyên tử và mật độ của m ột số nguyên tố được cho trong bảng 1.3

1.2.1.1 H iệu ứng quang điện tử

Hiệu ứng quang điện tử là quá trình trong đó photon với nãng lượng E„ truyền năng lượng cho diện tử nằm trên lớp vỏ nguyên tử Khi dó điện tử sẽ chuyến tới mức năng lượng cao hơn hoặc nếu năng lượng photon lớn hơn năng lượng liên kết của điện tử trong nguyên tử thì nó sẽ bật ra khỏi nguyên

tử Đ iện tử bật ra đó gọi là điện tử quang Động năng của điện tử quang bằng hiệu năng lượng photon và năng lượng liên kết của điện tử trong nguyên tử, nghĩa là:

trong đó: Ek - động năng của điện tử quang; hv - năng lượng photon và E h - năng lượng liên kết của điện tử trong nguyên tử K hi năng lượng photon bằng năng lượng liên kết của điện tử trên lớp xác định (K, L, M ) thì xuất hiện sự tăng vọt của hệ số suy giảm (đường suy giảm K, L, M ) Sự hấp thụ điện quang phụ thuộc vào số thứ tự nguyên tử z của vật liệu hấp thụ, tỷ lệ với Z4- Z \ và phụ thuộc vào năng lượng phát xạ H iệu ứng quang điện tử là quá trình cơ bản khi hấp thụ photon với năng lượng nhỏ hơn 0,3-0,5 McV.Đại lượng đặc trưng cho độ suy giảm tương đối của dòng phát xạ do hấp thụ điện quang gây nên khi đi qua m ột đơn vị độ dài của vật chất gọi là hệ số hấp thụ điện quang tuyến tính T và đo bằng em ' Hộ số hấp thụ điện quang tuyến tính giảm khi năng lượng phát xạ tăng và nó tăng đáng kể với sự tăng

số thứ tự nguyên tử z của vật chất

14

Trang 17

Bảng 1.2 G iá trị hệ sô suy giảm tuyến tín h , suy giảm kh ố i và s u y giảm nguyên tử theo n ă n g lượng p h á t xạ cửa vonfram và chì.

Trang 18

Tán xạ com pton là tán xạ của photon trong đó hướng truyền và bước sóng của photon đều thay đổi, khi đó một phần năng lượng được truyền cho điện

tử (hiệu ứng Com pton) Đ iện tử nhận được năng lượng cũng chuyển dộng dưới m ột góc nào đó so với hướng chuyển động của photon Photon tán xạ

do hiệu ứng Com pton có bước sóng dài hơn và năng lượng nhỏ hơn photon ban đầu Từ định luật bảo toàn năng lượng ta có:

trong đó: h v - năng lượng photon ban đầu; hv' - năng lượng photon tán xạ và

Ec - động năng của điện tử com pton Bức xạ tán xạ tiếp tục đi trong vật chất

và lại tương tác với các điện tử khác, do đó xuất hiện các photon tán xạ lần hai, ba và nhiều lần Q uá trình tương tác của bức xạ tán xạ với vật chất thường kết thúc bằng hiệu ứng quang điện tử H iệu ứng Com pton là quá trình cơ bản của sự suy giảm phát xạ bắt đđu với năng lượng photon vượt quá nãng lượng liên kết của điện tử trong nguyên tử lớp K - lớp hấp thụ điện quang cuối cùng - và đến năng lượng photon 3-5 M eV Đ ại lượng đặc trưng cho sự suy giảm tương đối của dòng bức xạ do quá trình tán xạ com pton trên một đơn vị quãng đường gọi là hệ số tán xạ com pton tuyến tính SL., c m '1 Hệ

số tán xạ com pton tỷ lệ với số thứ tự nguyên tử z của chất hấp thụ

Tán xạ đồng bộ là tán xạ của photon trên nguyên tử m à không có sự thay đổi năng lượng của chúng Tán xạ đồng bộ xuất hiện khi năng lượng photon nhỏ

và xấp xỉ năng lượng liên kết của điện tử trong nguyên tử Khi đó, ảnh hưởng của photon tới là làm phát sinh dao động cưỡng bức của các điện tử quỹ đạo, đồng thời chúng phát ra photon với tần số như photon tới T án xạ đồng bộ (ỗj) như th ế trong hệ số tán xạ toàn phần chiếm không quá 20% và khi tính toán thường bỏ qua

Tóm lại tán xạ com pton là cơ ch ế chủ yếu trong khoảng rộng của năng lượng phát xạ tia X Thí dụ, ở chì sự hấp thụ photon với năng lượng từ 0,6-5 MeV chủ yếu là do hiệu ứng Com pton, hình 1.3, ở nhôm tán xạ com pton xảy ra chủ yếu đối với photon năng lượng từ 0,005-15 M eV Chỉ đối với dòng bức

16

Trang 19

1CT8 6 4

Eodl_c

c

10

8

6 4 2

tỉ 10

■5 8 ^ 6

3 4 Ẹ :s 2

Năng lượng E, MeV

Hình 1.3 S ự p h ụ thuộc của hệ số suy giảm tuyến tính của p/ìáĩ xạ

trong chì vào năng lượng lượng tử phát xạ: // - hệ số suy giả/ỉi tuyến

tính toàn phần; ơ - hệ sô phát xạ tán xạ tổìig; ỏr- hệ số tán xạ

compton; Sd - hệ số tán xạ dồng bộ; T- hệ số hấp thụ điện quang tuyến

tín h ; X - hệ s ố su y giả m clo hiện tượng tạo cặp.

xạ cứng trung bình (k = 0,05-Ỉ-0,2 Ả ) thì mới kể đến tán xạ đồng bộ, và có thể bỏ qua tán xạ đồng bộ đối với dòng bức xạ cứng

1.2.1.3 H iệu ứng tạo cặp

Khi tương tác với lõi nguyên tử, photon có năng lượng lớn bị hãm lại làm xuất hiện đổng thời điện tử và pozitron (hiệu ứng tạo cặp) N hư th ế sự tạo thành cặp điện tử - pozitron là quá trình hấp thụ photon năng lượng cao và

do đó hình thành điện tử và pozitron trong điện trường hạt nhân Do điện tử

và pozitron có khối lượng khác không nên trong sự hình thành khối lượng

Trang 20

như vậy cần phải tiêu tốn một năng lượng nhất định Chính vì th ế sự hấp thụ photon do hiệu ứng tạo'Cặp chỉ xuất hiện khi năng lượng của chúng lớn hơn1,02 M eV Năng lượng dư của photon khi hình thành cặp điện tử - pozitron

sẽ chuyển hoá thành động năng của điện tử và pozitron

Sự suy giảm tương đối của dòng bức xạ do hình thành cặp điện tử - pozitron trên một đơn vị quãng đường trong vật chất được đặc trưng bằn* hệ sô tuyến tính em ' Hệ số tuyến tính này phụ thuộc vào bình phương của nguyên tử

số (Z2) và tỷ lệ với năng lượng photon phát xạ Đối với chì hệ số suy giảm đóng vai trò quan trọng khi năng lượng photon khoảng 2,5 M eV, còn đối với các nguyên tố nhẹ như nhôm là 10 M eV Những nguồn phát xạ thường dùng trong m áy dò khuyết tật phát ra những photon với năng lượng không quá 3M eV Chính vì vậy sự suy giảm cường độ dòng phát xạ do hiệu ứng tạo cập nhỏ so với sự suy giảm do hiệu ứng quang điện tử và hiệu ứng Com pton

Như vậy phát xạ tia X khi qua vật chất sẽ kèm theo các quá trình vật lý kể trên: Hiệu ứng quang điện tử, hiệu ứng Com pton và hiệu ứng tạo cặp, hình 1.3 Để kích thích các quá trình đó cần tiêu hao năng lượng Do đó cường độ của chùm phát xạ tia X ban đầu sẽ bị suy giảm liên tục khi đi sâu vào vật thể

Hệ số suy giám nguyên tử toàn phần chính bằng tổng hệ số suy giảm ứng với ba quá trình tương tác nói trên của photon với vật chất:

trong đó: ô, = ỗt.+ỗj

Cần thấy rằng khi phát xạ phổ liên tục đi qua vật chất thì các photon có bước sóng khác nhau sẽ bị suy giảm khác nhau Bước sóng càng ngắn sự suy giảm càng nhỏ Như vậy, khi phát xạ xuyên thâu vào môi trường hấp thụ thì thành phần phố của tia X thay đối và phát xạ sẽ cứng hơn Đ iều đó chứng tỏ rằng phát xạ trở nên đồng nhất hơn còn cường độ phát xạ thì giảm đi Trong thực

tế làm việc với m áy dò khuyết tật, phát xạ đa năng có thể xét như phát xạ đơn năng với năng lượng hiệu dụng Eh và hệ số suy giảm hiệu dụng (Ih nào

đó Năng lượng hiệu dụng của phát xạ đa năng được gọi là năng lượng của phát xạ đơn năng khi sự suy giảm tương đối của phát xạ đơn năng này trong chất hấp thụ có thành phần và độ dày xác định cũng giống như ở phát xạ đa năng đang xét Khi đi qua vật thể cường độ của phát xạ đa năng như vậy cũng bị suy giảm theo quy luật giống như cường độ phát xạ đơn năng:

Chương 1 THĂM DỒ KHUYẾT TẬT BẰNG TIA RƠNGHEN

18

Trang 21

trong đó: fih là hệ số suy giảm hiệu dụng của phát xạ ứng với năng lượng hiệu dụng Eh Hệ số suy giảm hiệu dựng |i h khác với hệ số suy giảm f! của phát xạ đơn năng ở chỗ nó không chỉ phụ thuộc vào năng lượng phát xạ và chất hấp thụ mà còn phụ thuộc vào chiều dày của chấp hấp thụ Đ iều đó có thể giải thích như sau Càng đi sâu vào vật chất các thành phần khác nhau của phổ phát xạ đa năng bị hấp thụ khác nhau Các lượng tử năng lượng thấp

bị hấp thụ m ạnh hơn sẽ suy giảm nhiều hơn và phần lượng tử năng lượng cao

sẽ tãng lên trong phổ khi tăng độ dày chất hấp thụ, nghĩa là độ cứng của phát

xạ tăng lên hay |i h giảm xuống Cũng có thể xác định hệ số suy giảm hiệu dụng bằng thực nghiệm

Trong chất hấp thụ ta thường quan sát thấy hiện tượng phát xạ thứ cấp Phát

xạ thứ cấp là kết quả của sự tương tác giữa phát xạ sơ cấp với vật chất Phát

xạ thứ cấp chính là bức xạ tán xạ nhiều lần và bức xạ hãm của các điện tử, pozitron, điện tử quang và điện tử bật trở lại hình thành trong quá trình hấp thụ điện quang, tán xạ com pton và tạo cặp Phát xạ thứ cấp làm giảm độ nhạy và năng suất phân giải của phương pháp chụp ảnh bằng tia rơnghen

Sự suy giảm của chùm bức xạ rộng cường độ I, khi đi qua vật chất có độ dày

d nói chung có thể biểu diễn bằng phương trình:

I r = I 0 ex p (-ị.ihhd) + Itx (1.8)trong đó: I() exp(-|j.hhd) đặc trưng cho sự suy giảm của chùm phát xạ hẹp;

|ihh - hệ số suy giảm tuyến tính hiệu dụng của chùm hẹp; ILX là cường độ phát

xạ tán xạ ờ điểm đã cho Iu phụ thuộc vào thành phần phổ của phát xạ tới, mức độ thay đổi của nó khi tán xạ, sự hấp thụ bức xạ tán xạ và nhiều tham

số khác Chính điều đó gây khó khăn cho việc tính toán Iu, đặc biệt khi lượng tử tán xạ bị tán xạ nhiều lần Quy luật suy giảm của chùm phát xạ rộng cũng có thể biểu diễn như sau:

Trang 22

Hệ số tích luỹ B phụ thuộc vào nhiều thông số như năng lượng lượng tử, phân bố góc phát xạ và dạng hình học của nguồn phát, nguyên tử số và chiều dày của vật liệu hấp thụ, hình học và bố cục của thiết bị bảo vệ, vị trí của nguồn và đêtectơ so với thiết bị bảo v ệ

Như vậy sự suy giảm của tia X (hoặc y) khi đi qua vật chất sẽ phụ thuộc vào

độ dày, m ật độ, độ đồng nhất của chất hấp thụ N ếu ở trong vật có khuyết tật như vết nứt, rỗ khí, hàn thiếu ngấu và tạp chất thì cường độ của chùm tia X sẽ

20

Trang 23

suy giảm mạnh yếu khác nhau tùy từng vị trí m à nó xuyên qua Đ ây chính là

cơ sở của phương pháp chiếu bằng tia rơnghen và gam m a N hờ phương pháp chụp ảnh, màn huỳnh quang hay các bộ biến đổi khác ta có thể phát hiện được cá c khuyết tật trong vật chiếu bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ

1.3 Phưưng pháp ghi ảnh rơnghen

Tia rư nghen bị suy yếu khi xuyên qua vật chất, và nếu vật được chiếu được tạo bởi các vật liệu khác nhau hoặc các lớp chiều dày khác nhau thì sẽ phát sinh h àn g loạt tia rơnghen với cường độ khác nhau và không thể phát hiện trực tiếp được chúng bằng mất khi không được trang bị gì Để ghi nhận ảnh rơnghen rõ làng có thể sử dụng ba phương pháp: chụp ảnh lên phim rơnghen, tạo ảnh nhìn thấy được trên màn huỳnh quang và phương pháp ion hóa

về xử lý phim , lưu trữ và bảo quản thiết bị Do đó, nhiều ống rơnghen, thiết

bị và vật liệu ảnh có thể bị hư hỏng thậm trí phải loại bỏ Đó cũng là những nguyên nhàn làm cho các ảnh rơnghen kém chất lượng khi chụp ảnh phóng

xạ Bởi vậy ghi bằng phương pháp chụp ảnh cần phải được lưu tâm đặc biệt

1.3.1.1 K hái niệm chung

Việc sử dụng phim rơnghen làm đetectơ phát xạ rơnghen là dựa trên sự tác dụng quang hoá của bức xạ này Tác dụng lên nhũ tương phim chính là do các đ iện tử thứ cấp tạo thành khi hấp thụ lượng tử bức xạ

Dưới tác dụng của lượng tử phát xạ với năng lượng E, trong nhũ tương phim

sẽ xuất hiện quá trình ion hoá hạt brôm ua bạc và gọi là sự tạo ảnh ngầm Khi

đó ion brôm trong mạng tinh thể brôm ua bạc m ất điện tử e và biến thành nguyên tử brôm trung hoà Điện tử tự do tương tác với ion bạc tích điện dương và trung hoà nó thành nguyên tử bạc kim loại:

A g + + B r“ + e - » Ag + Br

Trang 24

Chương 1 THĂM DÒ KHUYẾT TẬT BĂNG TIA RƠNGHEN

Bởi vậy, dưới tác dụng của phát xạ trong nhũ tương phim hình thành các hạt bạc kim loại và gọi là các tâm kết tinh Để hoá đen phim cần phải qua m ột quá trình gia công ảnh Khi đó sẽ xảy ra quá trình kết tinh bạc từ nhũ lương phim và hiện ảnh trên phim rơnghen

Nếu tia X đi qua khuyết tật dạng rỗ khí thì nó hầu như không bị hấp thụ và cường độ tác dụng của nó lên phim rơnghen sẽ lớn hơn so với tia xuyên qua vật liệu đồng nhất Đ iểu đó được ghi lại trên phim dưới dạng ảnh tối Nhưng nếu khuyết tật là tạp chất khác nào đó có m ật độ lớn hơn m ật độ vật liệu cơ bản thì trên phim vị trí đó sẽ có dạng vệt sáng K hi đó sự suy giảm của tia bởi tạp chất này phụ thuộc vào m ật độ và độ dày của nó

Kích thước nhỏ nhất của khuyết tật phát hiện được khi chiếu không nhỏ hơn 3-5% chiều dày của kim loại kiểm tra Giới hạn phát hiện này củ a kluiyết tật gọi là độ nhạy hay độ phân giải của phương pháp Để đạt được độ nhạy cao cần phải cố gắng thu được ảnh có độ tương phản lớn nhất tức là độ khác biệt nhiều của các phần phim khác nhau về mức độ đen

Độ đen của phim rơnghen được đo bằng đơn vị m ật độ quang học D nhờ vi quang kế v ể định tính, mật độ quang học của ảnh chụp phóng x ạ được định nghĩa là độ đen thu được trên m ột ảnh chụp phóng xạ sau khi xử lý Một tấm ảnh đen hơn có nghĩa là nó có mật độ lớn hơn v ề định lượng, m ật độ quang học (độ đen) của phim trong phương pháp phóng xạ được tính theo biểu thức sau:

trong đó: I() - độ sáng tới đetectơ của vi quang k ế khi đi qua phần sáng của phim; I - độ sáng tới đetectơ của vi quang k ế khi xuyên qua phần tối của phim Như ta biết lg io = 1, lg io o = 2 cho nên có thể kết luận rằng phim mà ánh sáng truyền qua suy giảm 10 lần, tức D = lg( 10/1), có m ật độ quang học bằng 1 và suy giảm 100 lần là 2 đơn vị Như vậy tăng độ đen hay m ật độ của phim sẽ dẫn đến chất lượng phim tốt hơn và do đó có thể phát hiện được các khuyết tật càng nhỏ

Độ đen của phim phụ thuộc vào bức xạ tác dựng lên lớp nhũ tương nhạy của phim , nghĩa là phụ thuộc vào cường độ của bức xạ I, bước sóng Ằ, và thời gian lộ sáng t Nếu bước sóng bức xạ không đổi thì m ật độ quang học là m ột

22

Trang 25

hàm của cường độ bức xạ và thời gian lộ sáng Tích của cường độ bức xạ và thời gian lộ sáng L = It được gọi là đại lượng lộ sáng (liều chiếu) M ật độ quang học có thể được biểu diễn bằng công thức:

ở đây: k - hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào độ nhạy của phim ; p - chỉ số đặc trưng cho độ nhạy của phim đối với phát xạ có độ cứng đã cho Với bức xạ rơnghen và phim có m ật độ quang học từ 0,4 đến 1,5 thì chỉ số p dao động trong khoảng 0,98-1, cho nên có thể coi p =1 và:

D « kítKhi đó m ật độ của phim chỉ phụ thuộc vào đại lượng lộ sáng It V à vì thế không phân biệt được kết quả hiện trong 2 phút với dòng trong ống tia X

20 mA hay trong 4 phút với dòng 10 raA

Sự phụ th u ộ c c ủ a m ật đ ộ D vào đại lượng í hay t thường được dựng b ằn g đồ thị gọi là đường cong đặc trưng Đường cong đặc trưng, hay dường cong độ nhạy, thể hiện mối tương quan giữa độ lộ sáng áp đặt cho phim ảnh và độ đen của ảnh sau khi đã xử lý phim Khi đó dọc theo trục hoành đặt đại lượng

It, còn theo trục tung đật m ật độ đo được Thường giữ cường độ phát xạ không đổi trong suốt thời gian đo và thay đổi thời gian chiếu t Vì m ật độ là logarit thập phân nên thời gian chiếu cũng lấy logarit H ình 1.5 và 1.6 tương ứng là đường cong đặc trưng tiêu biểu của nhũ tương phim rơnghen trực tiếp (không có m àn tăng cường) và phim có màn tăng cường Từ hình 1.5 thấy rằng đoạn AB song song với trục hoành, tức ứng với sự xuất hiện m àng mờtrên phim ở những chỗ không bị chiếu sáng Đoạn BC cho thấy có sự tăng

m ật độ T ại điểm D sự tăng mật độ đã đạt tới giá trị cực đại và trên đoạn CD

độ tăng m ật độ không thay đổi Đường cong đặc trưng ở đoạn này thuộc vùng chiếu sáng bình thường và có dạng tuyến tính, ứ ng với đoạn này hệ số tương phản là cực đại Tang góc nghiêng của tiếp tuyến tại m ột điểm nào đó của đường cong được dùng làm độ đo độ tương phản Hệ số tương phản cực đại thu được trong nhũng điều kiện hiện hình đặc biệt được kv hiệu bằng chữ r| và bằng tang góc nghiêng cực đại a , xem hình 1.5, của đường cong đặc trưng:

Trang 26

Hình 1.5 Đường cong đặc trưng của phim rơiighen dạng trực tiếp,

Hình 1.6 Đường cong đặc trưng tiêu biểu của pliim rơnglien có màn

tăng cường bằng muối, L - It.

Đ oạn EG là vùng bão hoà, sau điểm G cùng với sự tăng thời gian lộ sáng mật độ bắt đầu giảm

Có thể thấy đường cong đặc trưng có những đặc tính quan trọng là: (ai) Nó không xuất phát từ độ đen bằng 0, nghĩa là ngay khi khô n g chiếu bức x ạ thì vẫn có độ đen (cố hữu) nào đó khi xử lý và được gọi là độ m ờ của phimi Các giá trị tiêu biểu của độ m ờ đối với phim ảnh trong điều kiện bình thưòfng là0,2-0,3; (b) Nó có vùng “ch ân ” và sau đó đường cong đi lên; (c) Nó c ố một đoạn tương đối thẳng; (d) Nó có một vùng “ vai uốn” , ở đó độ đen g iả m khi liều chiếu tăng lên Đối với loại phim trực tiếp vùng này thường xuất hiiện ở

24

Trang 27

độ đen c ỡ bằng 10 hoặc lớn hơn, trong khi với các phim có m àn tăng cường

nó xuất hiện ở độ đen giữa 2 và 3

Góc n g h iên g của đường cong đặc trưng là đặc trưng cơ bản của vật liệu ảnh hay là đ ộ tương phản của nó Đ ộ tương phản hoặc gradient của phim được xác định lừ đường đặc trưng của phim và chính bằng độ dốc của đường đặc trưng tại m ột điểm nào đó trên đường cong Tuy nhiên cũng khó xác định chính x ác độ tương phản theo cách này Trong thực tế, độ tương phản trung bình (hoặc gradient trung bình) là dỗ xác định vì nó là độ dốc của m ột đường nối giữa hai điểm cụ thể trên đường đặc trưng Và độ tương phản trưng bình được tính bằng cách lấy hiệu số của hai độ đen cụ thể này chia cho logarit của liều chiếu tương ứng được xác định từ đường cong đặc trưng

1.3.1.2 M à n tăng cường

Mức độ củ a hiệu ứng chụp ảnh của tia X và tia Y phụ thuộc vào lượng năng lượng được hấp thụ bởi lớp nhũ tương nhạy của phim Nó chỉ bằng cỡ 1% đối với bức xạ có cỏng suất xuyên thâu trung bình, 99% còn lại sẽ truyền qua phim và không được sử dụng Để tăng cường tác dụng của tia rơnghen lên nhũ tương phim , phim được kẹp giữa hai m àn tăng cường Dưới tác dụng của tia X hoặc tia y, những màn này hoặc phát huỳnh quang (màn huỳnh quang) hoặc phát điện tử (m àn kim loại) Kết quả là có thêm hiệu ứng lên các lớp nhũ tương phim

Màn tăng cường huỳnh quang

Để giảm thời gian lộ sáng có thể dùng các m àn tăng cường huỳnh quang Các m àn tăng cường này thường được sử dụng khi chiếu kim loại có chiều dày lớn Với độ đen của phim như nhau, tỉ số thời gian chiếu khi chụp với màn tãng cường trên thời gian chiếu khi chụp không có m àn tăng cường được gọi là hệ số tăng cường của màn

M àn tăng cường là tấm carton hay lóp keo m ỏng trên đó phủ lớp phát quang bằng những tinh thể m uối kim loại như vonfram at canxi - C a W 0 4, sunfua kẽm - ZnS hoặc sunfua catm i - CdS Hai loại chủ yếu được dùng trong công nhiệp là m àn độ mịn cao (tốc độ chậm ) làm từ các tinh thể m uối nhỏ và màn hạt thô (tốc độ cao) với độ tãng cường lớn làm từ tinh thể m uối to

Phim rơnghen được đặt trong hộp phim (cassette) hoặc túi đựng phim giữa hai m àn tăng cường huỳnh quang, hình 1.7, hoặc với m ột m àn, hình 1.8 Dưới tác dụng của tia rơnghen hoặc gam m a m àn tăng cường huỳnh quang sẽ phát ra ánh sáng tím -xanh Ánh sáng này tác động lên phim và đóng góp

Trang 28

2 - m àn tăng cường huỳnh quang sau.

phần chính trong tạo ảnh ngầm của phim Khi chụp ảnh với m àn tăng cường, hơn 95% độ đen là do phát xạ của m àn, chỉ một phần rất nhỏ (< 5% ) - do tác dụng trực tiếp của tia rơnghen Tại các vị trí cường độ chùm tia đi qua mạnh hơn do có khuyết tật thì sự phát sáng của m àn sẽ rõ và độ đen của phim cũng lớn hơn Tuy nhiên, m àn huỳnh quang làm độ nét của ảnh kém đi Đ ể bảo đảm cho độ nét tốt nhất cần phải đặt phim tiếp xúc tốt với m àn trong hộp phim

M àn tãng cường kim loại

Tác dụng của tia rơnghen có thể bị yếu đi bởi m àn kim loại được đặt giữa nguồn tia và vật liệu ảnh Tuy nhiên, nếu m àn kim loại ép sát và trực tiếp lên lớp nhũ tương nhạy thì vật liệu ảnh hóa đen m ạnh tới độ ngoài sự m ong đợi Những m àn tăng cường kim loại này với chiều dày khoảng 0,1-0,2 m m hoặc lớn hơn thường được làm bằng chì và hợp chất của nó, thiếc hoặc đồng Chúng đặc biệt đều về cấu trúc và gắn lên đ ế bằng giấy hoặc bìa cứng m ỏng Khi chiếu bức xạ, một phần tia bị hấp thụ bởi m àn kim loại N ăng lượng suy giảm để biến thành phát xạ thứ cấp, với năng lượng của nó không lớn, thực

tế có thể bỏ qua Khi đó độ đen của lớp vật liệu nhạy quang được tãng cường chủ yếu là bởi tác dụng của dòng điện tử quang được giải phóng từ m àn kim loại Trong điều kiện chiếu không đổi số lượng điện tử quang được giải phóng tăng theo nguyên tử số z của màn kim loại, bảng 1.4 Từ bảng này có thể hiểu vì sao thiếc (Sn) và đặc biệt là chì (Pb) được sử dụng rộng rãi để làm

m àn tăng cường kim loại

26

Trang 29

Bảng Ị 4 Sô lượng điện tử quang được giải phóng từ các lá kim loại kliác nhau.

N g u y ên tố Nguyên tử số z Số điện tử quang được

Hệ số tăn g cường của m àn kim loại phụ thuộc vào chiều dày của m àn và cao

áp Trong k hoảng điện áp từ 100 đến 200 k v tác dụng của m àn kim loại phụ thuộc vào ch iều dày của nó và cao áp sử dụng Khi cao áp nhỏ hơn 80 kV tác dụng của m àn không đáng kể Khi điện áp gần bằng 200 kV hệ số tăng cường của m àn thiếc đạt giá trị cực đại, hình 1.9 Tăng cao áp tiếp sau cũng không làm ản h hướng gì đến hệ số tăng cường Việc sử dụng m àn kim loại

có thể giảm thời gian chiếu khoảng 2 lần

Cũng có th ể dùng k ết hợp hai màn kim loại tăng cường Chiều dày tối ưu của màn kim loại tăng cường phía trước bằng thiếc hoặc chi là 0,01-0,02 mm, thì chiều dày m àn đặt sau có thể tới 0,05 mm Hệ số tăng cường V của tổ hợp như th ế ở đ iện áp cao 100-200 kV có thể đạt được trong khoảng 2-3 Tác dụng của m àn thiếc và chì trong các điều kiện này là tương tự nhau

Tác dựng tăn g cường lớn hơn thu được nhờ m àn tăng cường bằng chì ở điện

áp cao hơn 2 0 0 kV Khi đó chiều dày của m àn phải là 0,07 mm, và cái sau là0,15 m in K h i ấy hệ số tăng cường V có thể đạt tới 4 trên phim rơnghen đặc biệt

M àn lăng cường chì quá dễ bị hư hỏng - nứt, xước, cong và tạo thành nếp gấp Khi đó trên ảnh sẽ xuất hiện các vị trí đen không đều - khuyết tật giả Màn chì có sai hỏng như th ế phải được loại bỏ, không sử dụng lại Bởi vậy mặc dù m àn chì tác dụng tăng cường m ạnh hơn m ột chút, song cũng không ích lợi hơn m àn thiếc là bao

Trang 30

Hình 1.9 Hệ sô'tăng cường V của màn thiếc với chiều dày khác nhau.

Chất lượng ảnh nhận được nhờ trợ giúp của các m àn tăng cường kim loại cao hơn so với ảnh chụp với các m àn huỳnh quang Đ ộ không nét cố hữu của ảnh với m àn kim loại tương tự như độ không nét c ố hữu được tạo ra bới chính tia rơnghen Đ iều đó là bởi vì các điện tử quang thoát ra từ m ột lớp rất

m ỏng bề m ặt của các m àn kim loại, trong khi m àn huỳnh quang phát ra bức

xạ tím -xanh từ lớp chiều sâu lớn hơn

M àn tăng cường kim loại cũng làm giảm đáng kể ảnh hưởng của bức xạ tán

xạ phát sinh trong vật được chiếu, trong trường hợp này các ảnh là rõ hơn so với ảnh nhận được khi không có màn Bởi vậy, đôi khi chụp ảnh vật dày làm bằng kim loại nhẹ thì m àn tăng cường kim loại được sử dụng ngay cả ờ các điện áp thấp hơn 80 kV, và khi ấy tác dụng của tia bức xạ lên phim về căn bản không tăng

M àn tă n g cư ờ ng k im loại h u ỳ n h q u a n g

Những m àn này là sự kết hợp của m àn kim loại và m àn m uối để tạo ra hiệu ứng điện tử và huỳnh quang Chúng gồm một cặp m àn tăng cường: lá chì

m ỏng và m àn m uối huỳnh quang hạt mịn Tổ hợp m àn này thường được sử dụng với phim loại trực tiếp, hạt m ịn và độ tương phản cao để cho độ tăng cường đến mức làm giảm liều chiếu tới 9 lần m à không giảm quá nhiều độ nhạy khi phát hiện khuyết tật Các m àn này được c h ế tạo thành nhiều loại khác nhau cho phù hợp với những năng lượng tia X và y khác nhau Việc sử dụng m àn tổ hợp kim loại-huỳnh quang để kiểm tra sẽ bị hạn ch ế khi tốc độ

2 8

Trang 31

PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA KHÔNG PHẢ HỦY KIM LOẠI BẰNG TIA RƠNGHEN VÀ GAMMA

Hình 1.10 Cấu trúc phim rơnghen: 1 - giá; 2 - lớp keo; 3 - lớp nhũ tương; 4 - lớp bảo vệ.

chụp là yếu tố quan tâm, song nếu chỉ dùng màn m uối huỳnh quang thì có thể gây nên sự bỏ sót khuyết tật

Cần lưu ý rằng, hệ số tăng cường phụ thuộc vào điện áp và hệ m ạch của m áy tia X được sử dụng Với màn chì, hiệu ứng tăng cường chỉ thu được ở khoảng trên 120 kV, còn màn muối có được hiệu ứng cực đại ở khoảng 2.00 kV Điều đó giải thích tại sao các m àn m uối ít được dùng với bức xạ gam m a

1.3.1.3 P him rơnghen

Phim rơnghen gồm 7 lớp, hình 1.10 Lớp giữa là giá G iá là m ột lớp mỏng,0,18 - 0,22 m m , trong suốt bằng nitroxenlulô, [C6H 70 2( 0 N 0 2)3]X, hoặc axetatxenlulô, nó trong suốt đối với tia sáng xanh da trời hoặc xanh vàng, c ả hai phía của giá dược phủ một lớp keo đặt biệt, và trên đó là lớp nhũ tương nhạy Chiều dày của lớp nhũ tương có thể tới 0,2 mm tùy theo loại phim Để tránh tác động cơ học nhũ tương nhạy được bảo vệ bằng lớp gelatin trong suốt dày cỡ 0,01 mm Nếu việc chụp ảnh vật liệu bằng phương pháp phóng

xạ được tiến hành trong kiều kiện tối ưu thì kết quả của nó chỉ còn phụ thuộc vào chất lượng của phim rơnghen được sử dụng

Phim chụp ảnh được sản xuất bởi nhiều hãng phim khác nhau - ví dụ A gfa Gevaert, K odak (UK), Kodak (USA) và Fuji - để thỏa m ãn những nhu cầu đa dạng Mỗi phim được thiết k ế để đảm bảo các yêu cầu cụ thể và được chỉ định theo hoàn cảnh kiểm tra như vật kiểm tra, loại bức xạ sử dụng, năng lượng bức xạ, cường độ bức xạ và mức độ kiểm tra

Trang 32

Không có một phim nào có thể thỏa mãn m ọi yêu cầu Vì vậy hàng loạt loại phim khác nhau được sản xuất, mỗi loại có các tính chất khác nhau Việc lựa chọn dựa vào các điều kiện được chỉ định nhằm kết hợp m ột cách hiệu quả nhất giữa kỹ thuật chụp và phim để nhận được kết quả m ong muốn.

Các thông số của phim được xem xét khi lựa chọn là độ tương phản, lốc độ, kích thước và độ hạt Các thông số này có mối quan hệ chặt chẽ, đó là bất cứ thông số nào trong bốn thông số đại thể là m ột hàm của ba thông sô khác

Ví dụ, các phim có hạt lớn hơn sẽ có tốc độ lớn hơn những phim có cỡ hạt nhỏ Tương tự, những phim có độ tương phản cao thường là phim có hạt mịn hơn và tốc độ chậm hơn phim có độ tương phản thấp Cần lưu ý rằng độ hạt ảnh hưởng đến độ nét của chi tiết ảnh Với cùng m ột độ tương phản thì một phim cỡ hạt nhỏ có độ phân giải tốt hơn phim cỡ hạt tương đối lớn

Tốc độ phim được định nghĩa là số nghịch đảo của liều chiếu tổng cộng tính bằng rơnghen của một phổ bức xạ đặc thù m à nó tạo ra m ột độ đen nhất định trên phim Các phương pháp xác định tốc độ phim được cho trong tiêu chuẩn của Viện hàn quốc tế I1S/IIW -184-65 và tiêu chuẩn của các nước, thí dụ Mỹ:

PH 2.8-1964, Anh: BS 5230-1975 Tốc độ phim , trong điều kiện xử lý thông thường, phụ thuộc vào cỡ hạt trên phim và năng lượng bức xạ Nhìn chung,

cỡ hạt của phim càng lớn thì tốc độ phim càng nhanh

Độ nét của ảnh ghi được trên phim phụ thuộc vào yếu tố hình học, bước sóng tia tới, m àn tăng cường, màn soi, độ hạt và hiệu ứng của các điện tử thứ cấp Phim hạt thô cho m ột vết nhòe lớn hơn so với phim hạt m ịn Độ nét của ảnh chụp có m àn tăng cường tăng đáng kể khi tăng năng lượng bức xạ Hiệu ứng của điện tử thứ cấp tạo ra độ m ờ ảnh do hiện tượng khuếch tán của các điện tử này Các hiệu ứng trên đã gây nên độ không nét cố hữu hay độ không nét phim Khi tăng năng lượng bức xạ sẽ làm tăng độ không nét phim Bảng1.5 cho các giá trị của độ không nét đo được đối với các loại phim trực tiếp ớ

m ột số năng lượng bức xạ

Việc xử lý phim có tác động không nhỏ đến các đặc tính nói trên của phim

N ghiên cứu với các thời gian xử lý khác nhau và với m ột chất hiện tiêu biểu

ở 2 0 °c cho thấy rằng, khi thời gian rửa phim tăng thì mức độ mờ, tốc độ, độ tương phản và độ nét của phim đều tăng Căn cứ vào những ảnh hưởng này các nhà sản xuất đã ch ế tạo các phim phù hợp với thời gian rửa từ 4 đến 6

L oại p h im

Phim chụp ảnh công nghiệp có thể được chia thành các nhóm sau:

30

Trang 33

Bảng 1.5 Đ ộ k h ô n g nét của p h im ở các năng lượng khác n hau của tia rơnghen và tia g a m m a

Tia gam m a xesi-137

Tia gam m a Coban-60

T ia gam m a Y tterbrium -169

* C ác g iá trì p h ụ tliuộc vào ch iều d à y của p h in lọc.

(a) Phim với m àn tăng cường bằng muối - có khả năng tạo ảnh với liều chiếu cực tiêu, nhưng rất ít dược dùng trong công nghiệp

(b) Phim trực tiếp - được dùng đối với tia X hoặc tia Y chiếu trực tiếp hoặc với m àn tăng cường bằng chì, m ột số trong đó có thể với m àn kim loại huỳnh quang

(c) Phim dùng với m àn tăng cường kim loại huỳnh quang - được c h ế tạo đặc biệt đế dùng với tổ hợp kim loại huỳnh quang

0,030,050,090,120,150,240,320,460,600,800,970,130,280,350,07-0,10*

Trang 34

Bảng 1.6 Phân loại phim chụp ảnh phóng xạ theo ASME (SE 94).

Những đặc tính của phimLoại phim -

Trung bình (d) Trung bình (d) Trung bình (d)

(a) Thường sử dụng với màn liuỳnh quang; (b) khi sử dụng với màn huỳnh quang; (c) độ hạt cơ bản là đặc trưng của màn huỳnh quang; (d) khi sử dụng đối với pliép chụp trực tiếp hoặc với màn cliì.

B ả n g 1.7 Phân loại phim chụp ảnh phóng xạ tlieo D IN 5411.

32

Trang 35

n h ất v ì tấ t cả các phim đều bị giảm dần chất lượng theo thời gian Cần lưu ý rằng, các p h im n h an h hơn có thể lưu giữ sau m ột thời gian ngắn hơn.

1 3 1 4 P h ò n g ảnh

Việc x ây d ụ n g và b ố trí tốt m ộ t phòng ảnh (buồng tối) đ ó n g vai trò quan trọng để ản h c h ụ p th àn h công Phòng ảnh phải được thiết k ế đ áp ứng những yêu c ầ u riê n g dựa trên s ố lượng và bản chất công việc cần thực hiện Diện tích p h ò n g ản h c ầ n được tính cho phù hợp với loại công việc (k h ô n g nhỏ hơn 10x3 m 2), có bao g ồ m việc x ử lý hàng ngày, phó n g to, thu nhỏ, in ấn, sao

c h ụ p h o ặc được sử d ụ n g để tạo ảnh hay không Tốt nh ất là giới hạn phòng ảnh ch ỉ tro n g việc xử lý phim chụp ảnh phóng xạ P hòng ảnh phải được giữ sạch sẽ, bên trong sáng sủa và bóng Phòng ảnh phải đáp ứng được những yêu c ầ u c h ín h sau đây:

1 Đ ư ợ c c h e c h ắn ch ố n g lọt sáng và phải ở xa các ngu ồ n bức xạ tia X hoặc tia y

2 T h ô n g g ió và giữ n h iệt độ ổn định ở 18"C

3 C ó nước nóng, lạnh và hệ thống thoát nước tốt

4 K h ô , d ễ làm sạch và tránh ánh sáng m ặt trời, dễ liên hệ với khu vực tiến h à n h c h ụ p ảnh, nhưng phải xa nơi có chất khí ô n h iễm từ hóa ch ất hoặc khói than

5 Đ ượ c b ố trí sao ch o công việc có thể được tiến hàn h liên tục với khu vực k h ô và ướt được xác định rõ ràng

Cửa sổ, q u ạ t th ô n g gió và cửa ra vào phải được che tối sao cho á n h sáng ban ngày k h ô n g lọt vào phòng ảnh

Lối vào p h ò n g ảnh phải bảo đảm sao cho á n h sáng khô n g x ưyên q u a nó trong khi n h â n viên ra vào tự do

Lối vào th ư ờ n g có hai cửa với rèm che bằng vải đen k h ô n g lọt sáng K hoảng cách giữa hai cửa cần thiết k ế sao cho mặt cửa vào và m ặ t cửa ra có thể

c h u y ể n đổi d ễ d à n g giữa chúng Lối vào thuận lợi nhất đ ó là lối đi “ mê

c u n g ” nh ư được chỉ ra trong hình 1.11 Đ ường đi rắc rối n ày tuy c h iế m nhiều diện tích, so n g bảo đảm tối hoàn toàn

H ình 1.12 m ô tả m ộ t cá c h b ố trí bàn x ử lý phim trong p h ò n g ảnh

Trang 36

ị

1

Hình 1.11 Lối vào phòng ảnh có dạng dường đi mê cung.

Hình 1.12 Bàn xử lý phim rơnghen kiểu đứng.

3 4

Trang 37

Ánh :sáng an toàn

Việc chiếu p h im bằng ánh sáng trắng sẽ tác động đ ến các tinh thể Do vậy phim phải được thao tác trong điều kiện ánh sáng an toàn T u y nhiên cần nhớ r ằ n g , n g ay cả k hi rọi bằng ánh sáng an toàn cũ n g k h ô n g ch o ph ép phim đang rửa n h ậ n thêm ánh sáng vì như vậy phim sẽ bị mờ C ũng cần lưu ý thêm , p h im đã chụp n h ạ y với ánh sáng hơn là phim chưa chụp Cường độ và

vị trí n g u ồ n sá n g an to àn cần được xem xét cẩn thận Hơn nữa cường độ ánh sáng a n toàn phải đ ồ n g đều trong cả buồng tối Đ ộ “an to à n ” củ a ánh sáng

an to à n liên qu an trực tiếp đến công suất, phin lọc và kh o ản g cách từ bóng đèn tớ i phim Vì vậy, việc bảo vệ phim khỏi bị rọi trực tiếp bởi á n h sáng an toàn k hi đưa chúng vào các giá treo khi xử lý là quan trọng

Kiểm tra độ rọi sáng của ánh sáng an toàn

Việc k iể m tra cần được tiến hành khi m ột buồng tối lần đầu tiên được đưa vào s ử d ụ n g , các phin lọc án h sáng an toàn bị đổi m àu hoặc khi m ộ t phim tốc đ ộ n h a n h sắp được đưa vào xử lý Hai phương pháp kiểm tra th ô n g dụng

và đ ơ n giản là:

1 Đ ặ t m ộ t p h im k h ô n g vỏ bọc, chưa chụp trên m ột cái ghế, đ ặt các vật phẳng nh ư thước, tấ m k im loại hoặc bút chì lên phim này Đ ể p h im và vật bị rọi bởi á n h s á n g an toàn trong khoảng một lần rưỡi tới hai lần thời gian một phim c ầ n tồn tại ở đó N ếu không có dấu vết gì củ a các vật trên phim đã được x ử ]ý h ợ p lý thì độ rọi củ a ánh sáng an toàn được coi là đủ nhỏ

2 Đ ặ t m ộ t phim k h ô n g vỏ bọc, chưa chụp lên m ặt ghế C he toàn bộ phim chỉ trừ m ộ t dải cỡ 25 m m dọc theo m ột m ép phim Tại m ột s ố k h o ản g thời gian đ ã đ ịn h trước, c ỡ 5 phút, dịch tấm che sao cho m ột dải 25 ram khác được chiếu Sau m ột số lần chiếu với các khoảng thời gian nh ư thế, phim được x ử lý tr o n g những điều kiện thông thường và được x e m xét sau khi đã khô Sau đó p h im được quét ngang qua các dải bằng m ộ t m á y đo đ ộ đen để phát hiện sự th ay đổi về độ đen (nếu có) đối với những thời gian c h ụ p khác nhau và đ á n h giá mức độ rọi của ánh sáng an toàn

Trang 38

1 Chuẩn bị trước khi xử lý

Một người chụp ảnh luôn phải tuân theo các bước quan trọng sau dày trước khi xử lý:

1 K huấy toàn bộ dung dịch trước khi dùng (dung dịch có xu hưởng bị lắng nếu không khuấy)

2 Kiểm tra nhiệt độ của các dung dịch trong thùng C ố đưa nhiệt độ về càng gần 2 0 °c càng tốt

3 Kiểm tra mức dung dịch trong thùng: cần duy trì việc xem xét cẩn thận mức dung dịch trong thùng rửa và nước rửa Mức dung dịch phải chùm lên các thanh của giá tre.o

4 Đảm bảo chắc chắn rằng có dòng nước chảy liên tục trong các thùng giũ và rửa

5 Tra cứu về thời gian rửa và khi cần nên dùng đồ thị thời gian-nhiệt độ

do nhà sản xuất cung cấp và dùng đồng hồ định thời gian

6 Lau sạch các bề m ặt làm việc và rửa tay

7 Tắt mọi ánh sáng và chỉ tiến hành công việc trong ánh sáng an toàn

2 Hiện ảnh

Mục đích của hiện ảnh là làm rõ ảnh ngầm tạo thành khi chiếu tia lên lớp nhũ tương nhạy

Khi phim đặt trong dung dịch hiện, những tinh thể không bị chiếu sẽ không

bị ảnh hưởng và được giải phóng ở công đoạn này N hưng thuốc hiện sẽ tác động lên tinh thể bị chiếu, tách bạc ra khỏi hỗn hợp và lắng đọng thành các hạt bạc kim loại nhỏ bé và các hạt này tạo ra hình ảnh của bạc m àu đen Nhiệt độ càng cao thì việc hiện ảnh diễn ra càng nhanh Tuy nhiên, kết quả tốt nhất thu được khi nhiệt độ là 20°c N hiệt độ cao hơn sẽ làm tă n g đ ộ m ờ hóa chất, chất hiện cũng bị hỏng nhanh hơn, lớp nhũ tương có thể bị chảy ra hoặc bị trôi đi và những sai hỏng trong phim cũng thường xảy ra M ặt khác, khi nhiệt độ bị tụt xuống dưới 18°c thì càng có nhiều hơn các yếu tố tạo nét

bị cản trở

3 Quan hệ thời gian-nhỉệt độ

Khi tất cả các yếu tố khác được giữ nguyên thì mức độ hiện ảnh phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ Bằng cách kết hợp cả hai yếu tố này trong quan hệ

36

Trang 39

thời g ia n -n h iệ t độ sẽ có thể dung hòa được sự thay đổi m ột yếu tố bằng cách thay đ ổi yếu tố khác Vì vậy trong giới hạn nhất định, m ột sự thay đổi tốc độ rửa phim , tạo nên bởi m ộ t đ ộ tăng hoặc giảm của nhiệt độ, có thể được dung

h ò a bằng c á c h điều ch ín h thời gian hiện phù hợp với qu an hệ thời gian-nhiệt

độ đã được x ác lập c h o dung dịch thuốc hiện cụ thể C ác n h à sản xuất sẽ

c u n g c ấ p s ố liệu về m ố i q u a n hệ thời gian-nhiệt độ cù n g các h ó a chất của họ.Bằng c á c h sử d ụ n g q u a n hệ nói trên có thể điều khiển được quy trình xử lý

và những sai s ố trong kỹ thuật chụp rơnghen có thể được phát hiện dễ dàng

và k h ổ n g bị n h ầ m lẫn với vấn đề xử lý Việc x ử lý bằng m ắt, kể cả khi tốt nhất, là m ộ t cách làm không chính xác và sự phán xét này phụ thưộc vào nhiều yếu tố n h ư sự m ệt m ỏi và khoảng thời gian làm việc trong buồ n g tối

4 Rung lắc

R ung lắc là sự dao đ ộ n g củ a các phim trong các d u n g dịch x ử lý khác nhau

và bằng c á c h nh ư vậy dung dịch được tiếp xúc tốt với bề m ặ t c ủ a phim làm

ch o phản ứng hợp lý dược x ảy ra giữa nhũ tương củ a phim và d u n g dịch

R ung lấc là q u a n trọ n g nhất của quá trình hiện ảnh N ếu m ột phim được đặt trong d u n g dịch hiện m à không thực hiện m ột dịch c h u y ển nào của phim thì những sản p h ẩ m p h ả n ứng của quá trình hiện sẽ chảy x u ố n g bề m ật của phim làm n g ă n k h ô n g cho d u n g dịch tiếp xúc với m ặt phim Đ ộ đen của

p h im c àn g lớn thì d ò n g đ ó càng lớn Dòng này thể hiện dưới dạn g các đường sọc trên phim

Khi xử lý bằn g tay, rung lắc được thực hiện bằng tay Bơm k h u ấy hoặc lưu thông k h ô n g được d ù n g vì d ò n g chảy trong d u n g dịch được tạo bởi các thiết

bị cơ k h í n ày sẽ gây nên những ảnh hưởng xấu hơn so với cả khi k h ô n g rung

tí nào V iệc rung lấc c h ấp nh ận được là lật từ m ặt này sang m ặt k h ác vài giây trong m ột phút (trường hợp phim được treo thẳng đứng hoặc nằm ngang) Sự phục hồi thỏa m ãn hơn nếu chất hiện được làm sạch khỏi phim bằng cách làm ráo d u n g dịch trong khoảng 1-2 giây Sau đó n h ú n g lại vào chất hiện và lặp lại q u y trình này nhưng làm ráo d u n g dịch từ m ộ t góc khác của phim Q u y trình n ày được lặp lại với khoảng 1 phút trong q u á trình rửa phim

Trang 40

^

!

•

U — Z 1

Hình 1.13 Dỏng nước cliảy trong thủng rửa phim.

có glacial acetic acid thì phim có thể được nhúng vào nước sạch đang chảy ít nhất trong 1-2 phứt

6 Hãm phim

Chức năng của bồn hãm là dừng quá trình hiện hình, giải phóng tất cả m uối bạc không được chiếu khỏi nhũ tương và bằng cách đó giữ lại bạc đã được chiếu như m ột ảnh vĩnh viễn và làm chắc thêm lớp gelatin của nhữ tương phim để nó trở nên bền hơn trong quá trình rửa, làm khô cũng như các công đoạn tiếp theo

K hoảng thời gian từ khi đặt phim vào dung dịch hãm đến khi biến m ất màu sữa vàng ban đầu được gọi là thời gian làm sạch Đ ó là lúc chất hãm giải phóng hết halide bạc không được chiếu M ột khoảng thời gian bằng như vậy được đòi hỏi để làm cho halide bạc khuếch tán ra khỏi nhũ tương và để gelatin đạt độ cứng m ong m uốn Vì vậy, thời gian hãm tổng cộng cần ít nhất

là hai lần thời gian làm sạch Phim cũng được rung lắc khi m ới đặt vào thuốc hãm theo cùng cách như trong quy trinh hiện C hất hãm phải được giữ ớ nhiệt độ giống như nhiệt độ của chất hiện và trong bổn giũ, 18-24"C

7 R ử a

Nhũ tương của phim m ang theo một số hóa chất từ bồn hãm sang nước rửa Nếu hóa chất này bị giữ lại trên phim nó sẽ làm cho phim bị biến m àu và mờ dần sau m ột thời gian lưu giữ Để tránh điều đó phim phải được rửa sạch các hóa chất này Các điểm chú ý quan trọng nhất khi rửa phim là:

1 Dòng nước sạch chảy liên tục và lưu thông để vùng có nhũ tương liên tiếp nhận được sự thay đổi, hình 1.13

2 Đ ảm bảo chắc chắn rằng thanh và kẹp của g iá treo được nhúng vào nước

3 Rửa ít nhất trong 20 phút

38

Định dạng
Số trang	209
Dung lượng	7,23 MB