XÂY DỰNG GIẢN đồ CHIẾU PHÁT HIỆN KHUYẾT tật sử DỤNG PHIM d7 CHO vật LIỆU NHÔM TRÊN máy PHÁT TIA x RIGAKU 200EGM

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,

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

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

Chương 3 23

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

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn nhằm mục đích xây dựng giản đồ chiếu cho vật 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 150kV, 160kV, 170kV, 180kV Đánh giá độ nhạy của phương pháp

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

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

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 năng xuyên thâu phụ thuộc vào năng lượng của photon, mật độ và chiều dày của lớp vật chất

- Nó tác dụng lên lớp nhũ tương của phim ảnh

- Khi đi qua lớp vật chất chúng bị hấp thụ, phản xạ và tán xạ

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:

Ở đây ρ là mật độ của vật chất