CHƯƠNG VII PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA BẰNG BỨC XẠ

I. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP

I.1. Khái niệm

Phương pháp kiểm tra bằng bức xạ được

dùng để xác định khuyết tật bên trong của nhiều

loại vật liệu hoặc mối hàn có cấu trúc khác

nhau. Mỗi hệ thống kiểm tra gồm ba phần chính

(h.VII.1): nguồn phát ion hóa 1; vật kiểm 2

(liên kết hàn); bộ phát hiện 3 ghi nhận thông tin

về khuyết tật.

Hình VII.1. Các phần chính khi kiểm tra

Khi truyền qua vật kiểm, bức xạ ion bị yếu đi do hấp thụ và tán xạ. Mức độ suy

giảm phụ thuộc vào chiều dày δ và mật độ ρ của vật kiểm, cũng như cường độ M và

năng lượng E của chính chùm tia. Sự có mặt của khuyết tật kích thước Δδ trong vật

làm thay đổi cường độ M và năng lượng chùm tia E khi ra khỏi. Thông tin về sự thay

đổi sẽ được ghi nhận lại (trên film, trên màn hình, tấm xeroradiography).

I.2. Phân loại:

Trong kiểm tra liên kết hàn người ta thường sử dụng các phương pháp dò tìm thông

tin: chụp ảnh; soi ảnh huỳnh quang (fluoroscopy); ghi đo phóng xạ. Đối với nguồn

bức xạ thì dùng các dạng khác nhau của bức xạ ion hóa: tia röntgen (X); tia gamma

(γ); chùm neutron (n).

I.2.1. Phương pháp chụp ảnh bằng chùm tia

Bức xạ ion hóa tác động vào lớp nhũ tương của film tạo ra những thay đổi về mật

độ quang học (độ đen). Độ đen của film phụ thuộc vào số lượng và đặc tính của chùm

bức xạ đến tương tác với film. Phương pháp này thể hiện hình ảnh tĩnh trên hệ phát

hiện film về cấu trúc bên trong vật kiểm. Trong thực tế đây là phương pháp được sử

dụng nhiều nhất do thao tác đơn giản và kết quả lưu được lâu.

Trong các loại bức xạ röntgen, gamma, neutron, mỗi loại có phạm vi sử dụng, bổ

sung và làm giàu khác nhau.

Tia X có ưu điểm khi kiểm tra trong phân xưởng, còn ở ngoài công trường chỉ dùng

khi yêu cầu về độ nhạy cao. Tia gamma có lợi thế khi kiểm tra chất lượng liên kết

hàn ở những chỗ khó tiếp cận, trong điều kiện công trường hoặc khi lắp ráp. Chụp

ảnh betatron được dùng khi kiểm tra liên kết có chiều dày lớn trong phân xưởng. Còn

chụp ảnh neutron - đó là phương pháp duy nhất đảm bảo để kiểm tra chất lượng liên

kết hàn của các kim loại nặng hấp thụ được neutron nhiệt, các bình chứa chất lỏng,

hoá chất và phóng xạ.

Các phương pháp trên có thể kiểm tra được liên kết hàn các tấm thép dày từ 1-500

mm, với độ nhạy 1-2%.

I.2.2. Phương pháp soi ảnh huỳnh quang (fluoroscopy)

Phương pháp này thể hiện hình ảnh động trên màn hình về cấu trúc bên trong vật

kiểm khi chiếu chùm tia ion hoá mà không dùng film. Độ nhạy phát hiện khuyết tật

của phương pháp này chỉ vào khoảng 3% – 5%. Ưu điểm là nhận được kết quả theo

hình ảnh ba chiều và liên kết hàn được quan sát dưới các góc độ khác nhau với kích

thước được phóng to, mặt khác kiểm tra được rất nhanh và liên tục (on line). Chúng

được dùng để kiểm tra sơ bộ nhằm phát hiện nhanh khuyết tật lớn với liều chiếu nhỏ.

Phạm vi áp dụng chủ yếu là trong y tế và hải quan, trong sản xuất hàn ít phát triển.

Phương pháp này thường dùng thiết bị röntgen làm nguồn bức xạ, ít khi sử dụng

nguồn gamma và neutron. Bộ ghi nhận bức xạ (detector) gồm màn hình huỳnh quang,

tinh thể nhấp nháy, bộ biến đổi quang điện, vidicon röntgen... Chúng đảm bảo

chuyển đổi các hình bức xạ không nhìn thấy thành các hình ảnh khuất sáng hoặc tín

hiệu điện tử rồi truyền đi một khoảng cách cần thiết bằng truyền hình hoặc cáp

quang. Khi cần lưu giữ sau khi kiểm tra có thể chụp lại ảnh (fluorography).

I.2.3. Phương pháp ghi đo phóng xạ

Phương pháp này nhận được thông tin trong vật kiểm được chiếu bằng bức xạ ion

hoá dưới dạng tín hiệu điện (độ lớn, chiều dài, số lượng khác nhau). Đây là phương

pháp có khả năng tự động hoá quá trình kiểm tra tốt nhất. Việc thực hiện phản hồi

(liên hệ ngược) từ kiểm tra đến quá trình công nghệ hàn hoặc chế tạo làm cho chất

lượng hàn được đảm bảo một cách tốt nhất. Độ nhạy của phương pháp này không

thua kém so với chụp ảnh. Trong thực tế người ta sử dụng các chất đồng vị phóng xạ

và máy gia tốc làm nguồn, còn bộ dò là tinh thể nhấp nháy, ống đếm nạp khí, detector

bán dẫn, liều kế nhiệt phát quang.

Các detector nhấp nháy được sử dụng chủ yếu để ghi nhận bức xạ, nó hoạt động dựa

trên nguyên lý: khi bức xạ đến tương tác với bản tinh thể nhấp nháy sẽ bị mất năng

lượng và phát ra ánh sáng nhấp nháy. Ánh sáng được truyền đến photocathode của

ống nhân quang điện để giải phóng các electron khỏi cathode. Số lượng electron được

khuếch đại đập vào anode chuyển thành tín hiệu điện để xử lý. Nhược điểm là khi

chùm bức xạ lớn thì không ghi được hết.

I.3. Bản chất của bức xạ ion hoá

I.3.1. Bức xạ röntgen (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 bức xạ tia X có bước sóng từ 10-2 đến 10 (1 = 10-10 m). Tần số

dao động riêng ν, bước sóng xác định tính chất đặc trưng của bức xạ lan truyền trong

không gian λ với tốc độ ánh sáng c liên hệ với nhau theo:

λ = c/ν (7.1)

Khi giảm bước sóng λ thì năng lượng bức xạ E tăng lên. Do vậy tính chất hạt trội

hơn tính chất sóng nên khả năng đâm xuyên mạnh hơn.

Nguồn phát ra bức xạ tia X là ống röntgen (h. VII.2). Đó là ống thủy tinh trong là

chân không (1 nm Hg) với hai điện cực cùng đối âm cực.

Hình VII.2. Một ống phát bức xạ tia X điển hình.

Nguồn phát electron là cuộn dây được gọi là cathode K. Khi có dòng điện từ 1 đến

5 (A) ở điện áp 4 – 12 (V), cuộn dây được đốt nóng đến dải nhiệt độ phát ra các

electron.

Quá trình tăng tốc electron: Các electron sau khi được tạo ra từ cathode K sẽ

phóng về anode A mang điện tích dương. Để tạo ra bức xạ cần thiết cho chụp ảnh thì

điện áp giữa A và K phải nằm trong

khoảng từ 30 kV¸30 MV.

Bia: Bức xạ tia X được phát ra khi

các electron đang phóng có năng lượng

cao va đập vào tấm bia đối âm cực. Vật

liệu dùng để làm bia cần phải có các

tính chất cần thiết như: nguyên tử số Z

cao, nhiệt độ nóng chảy cao, độ dẫn

nhiệt lớn. Wolfram là kim loại có tất cả các tính chất trên. Bia được gắn với cốc

anode bằng đồng.

Kết quả là của va đập là phát ra bức xạ đặc trưng và bức xạ hãm có phổ là nền liên

tục và vạch đặc trưng (h. VII.3). Hình VII.3. Phổ bức xạ tia X

Bức xạ đặc trưng với phổ vạch chỉ xuất hiện trong trường hợp khi electron e* được

tăng tốc tác động tương hỗ với anode có năng lượng cao, ví dụ đủ để đảm bảo dịch

chuyển các electron thuộc lớp K của các nguyên tử lên mức năng lượng cao hơn.

Như vậy xảy ra dịch chuyển ngược tức thời của electron từ ngoài vào trong, ví dụ từ

lớp L vào lớp K. Điều này kéo theo bức xạ đặc trưng có tần số ν, ứng với ΔE – chênh

lệch năng lượng giữa mức ngoài và trong (ví dụ lớp K và L) (h. VII.4):

ΔE= EK –EL =h ν (7.2)

Trong đó h – hằng số Plank (h = 6,625.10-34

J/s)

Bức xạ đặc trưng được sử dụng khi phân tích

phổ và cấu trúc roentgen trạng thái vật chất.

Vì mỗi nguyên tố có năng lượng liên kết các

electron trên vỏ nguyên tử hoàn toàn xác định,

do đó mỗi chất ứng với phổ vạch hoàn toàn xác định.

Hình VII.4. Cấu tạo nguyên tử

Bức xạ hãm với phổ liên tục xuất hiện khi các electron với năng lượng khác nhau

thoát khỏi cathode dập “từ từ ” vào bia. Động năng E của electron trên bề mặt bia

bằng:

E =eU (7.3)

Trong đó e- điện tích (e = 1,6.10-19 C);

U – điện áp anode của ống (V)

Do tốc độ của electron phân bố theo định luật Maxwell nên các electron này bị hãm

dần theo chiều dày bia. Vì vậy trong phổ roentgen thì bức xạ phát ra trong ống, lượng

tử có đủ các mức năng lượng khác nhau. Khi bước sóng nhỏ nhất thì toàn bộ động

năng electron E sẽ chuyển thành năng lượng bức xạ roentgen lớn nhất Emax, tức là:

Emax= hνo= hc/λo

Cân bằng E và Emax nhận được λo= (7.4)

Từ công thức (7.4) thấy rằng nếu tăng điện áp anode U thì bước sóng λo sẽ giảm, điều

này làm thay đổi trạng thái phổ và tăng năng lượng cực đại của phổ liên tục (h.

VII.5a).

Ví dụ 1: Xác định tốc độ trung bình của electron khi đập vào bia, biết điện áp giữa

anode và cathode trong ống U=10 kV, khối lượng electron m= 9,1.10-31 kg.

Theo định luật bảo toàn năng lượng mv2/2 = eU a v= =

6.107 m/s (khoảng 20% tốc độ ánh sáng).

Hình VII.5. Quan hệ giữa cường độ bức xạ với bước sóng: a)- thay đổi điện áp; b)-

thay đổi cường độ.

Khi thay đổi dòng điện trong ống, trạng thái phổ liên tục không đổi nhưng cường độ

chùm tia giảm tỉ lệ với cường độ dòng điện (h. VII.5b). Liều chiếu X của tia roentgen

tỉ lệ với cường độ dòng điện I và thời gian chiếu t được xác định:

X (hoặc e ) = It (mA.min)

Năng lượng của ống röntgen tỉ lệ với năng lượng điện áp anode U (keV) và bằng 1%

- 2% năng lượng toàn bộ của các electron đập vào bia, phần còn lại chuyển thành

nhiệt.

I.3.2. Bức xạ gamma (γ)

Bức xạ gamma là loại bức xạ sóng điện từ giống như bức xạ tia X nhưng chúng

thường có bước sóng ngắn hơn (10-3 – 4.10-2 ) và có khả năng xuyên sâu hơn bức xạ

tia X. Bức xạ này được phát ra từ biến đổi bên trong hạt nhân các đồng vị phóng xạ

tự nhiên hoặc nhân tạo khi phân rã, khác với bức xạ tia X được phát ra ở bên ngoài

hạt nhân. Đồng thời với các lượng tử (photon) γ, các hạt α (hạt nhân helium He )

và hạt β (electron β ).

Quãng chạy (khả năng đâm xuyên) của các hạt α trong vật chất rất ngắn. Khả năng

đâm xuyên của các hạt β lớn hơn, chúng có thể bị hấp thụ hoàn toàn khi truyền qua

tấm nhôm dày khoảng 4 mm.

Tùy thuộc vào năng lượng, lượng tử γ có khả năng đâm xuyên lớn hơn nhiều so với

các hạt α, β. Đó là nguyên nhân chính để tia γ được dùng trong kiểm tra chất lượng

các liên kết hàn.

Khác với phổ bức xạ tia X là liên tục thì phổ bức xạ gamma là gián đoạn (phổ vạch),

ngưỡng giá trị của bước sóng trong thực tế phụ thuộc vào sự phát xạ của hạt nhân

nghĩa là nguồn phóng xạ. Các đồng vị phóng xạ có thể phát ra bức xạ có một hoặc

nhiều bước sóng (h. VII.6)

Hình VII.6. Phổ vạch của nguồn phóng xạ gamma.

Các nguồn đồng vị phóng xạ nhận được bằng cách kích hoạt “phôi” trong chùm

neutron của lò phản ứng hạt nhân (như Co-60 và Ir-192), hoặc do việc chiết tách các

sản phẩm phân hạch của lò phản ứng (như Cs-137 và Sr-90).

Sơ đồ phân rã của đồng vị phóng xạ như Co-60 có thể được chỉ ra theo:

Co a β + γ + Ni

I.3.3. Tính chất chung

Bức xạ tia X và tia gamma là bức xạ sóng điện từ, nên có những tính chất giống

nhau dưới đây :

(i) Không thể nhìn thấy và cảm nhận được chúng bằng các giác quan người.

(ii) Làm các chất (kẽm sulfide, canxi tungstate, kim cương, barium

platinocyanide...) phát huỳnh quang.

(iii) Chúng truyền với tốc độ ánh sáng nghĩa là v= c =3.108 m/s.

(iv) Gây nguy hại cho tế bào sống.

(v) Gây ra sự ion hoá, chúng có thể tách các electron ra khỏi các nguyên tử khí để

tạo ra các ion dương và âm.

(vi) Truyền theo đường thẳng, là bức xạ sóng điện từ nên tia X hoặc tia gamma cũng

có thể bị phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ.

(vii) Tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

(viii) Có thể đâm xuyên qua những vật liệu mà ánh sáng không thể xuyên qua

được. Độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lượng bức xạ, mật độ, chiều dày vật

liệu.

(ix) Chúng tác động lên lớp nhũ tương film.

I.3.4. Bức xạ neutron

Dòng neutron không tích điện xuất hiện trong quá trình phản ứng hạt nhân khi bắn

phá các hạt nhân nguyên tử bằng các hạt tích điện hoặc các lượng tử γ cũng như trong

quá trình chia tách hạt nhân.

I.3.5. Các đại lượng cơ bản của bức xạ ion hóa

Trong kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ người ta dùng các đơn vị ánh sáng khi giải

đoán kết quả và các đơn vị bức xạ ion hóa khi chụp.

Trong một số nguyên tố hóa học có một số đồng vị bền vững và một số không bền

vững. Những nguyên tử của các đồng vị không bền vững có thể trở về trạng thái bền

vững bằng cách phát bức xạ. Quá trình chuyển về trạng thái bền vững kèm với quá

trình phát bức xạ được gọi là quá trình phân rã. Hiện tượng phân rã của các nguyên

tử đồng vị được gọi là hiện tượng phóng xạ.

(i). Phân rã phóng xạ của chất phóng xạ phụ thuộc vào độ tập trung của các nguyên

tử phóng xạ có trong chất phóng xạ. Sự phân rã phóng xạ theo quá trình này không

thể đánh giá một cách chính xác. Tuy nhiên nếu phần lớn các nguyên tử được xem là

một khối thì sự phân rã tuân theo kiểu thống kê hoàn toàn được xác định. Đó là định

luật phân rã phóng xạ. Định luật này có thể được biểu diễn theo toán học là :

N(t) = N0 . e-ω.t = N0.exp(-ωt) (7.5)

Trong đó: t – thời gian phân rã

N0 và Nt - số nguyên tử ban đầu (ở thời điểm t = 0) và số nguyên tử còn

lại sau thời gian t

ω - hằng số phân rã phóng xạ và là một đặc trưng của chất phóng xạ.

Trong thực tế, sự phân rã của chất phóng xạ thường được dùng theo thuật ngữ là

chu kỳ bán rã của nó và được ký hiệu là T1/2. Chu kỳ bán rã là thời gian cần thiết để

số nguyên tử phóng xạ ban đầu giảm xuống còn một nửa.

Thay N = N0/2 và t = T/2 vào phương trình phân rã thì nó có thể được chuyển đổi

thành

với T1/2 = 0,693/ω. (7.6)

(ii). Hoạt độ phóng xạ A được xác định là số nguyên tử của chất phóng xạ được phân

rã trong một đơn vị thời gian, tức là tốc độ phân rã của đồng vị đó A= dN/dt.

Đơn vị hoạt độ là Becquerel (1 Bq = 1 phân rã trong 1 giây). Đơn vị cũ vẫn còn

được dùng nhiều là Curie (1 Ci = 3,7.1010 Bq).

Mặc dù becquerel là đơn vị cho biết hoạt độ phóng xạ trong mẫu là bao nhiêu,

nhưng không cho biết thông tin về kích thước vật lý của vật chất. Vì thế nên hoạt độ

riêng SA được dùng để chỉ ra nồng độ của hạt nhân phóng xạ tinh khiết dựa vào hoạt

độ phóng xạ trong một đơn vị khối lượng hoặc thể tích.

Đơn vị của hoạt độ riêng là Bq/kg hoặc Bq/m3. Một chất phóng xạ có hoạt độ riêng

cao thì khối lượng hoặc thể tích nhỏ có thể tạo ra một nguồn có cường độ cần thiết,

điều này có tầm quan trọng với quan điểm về độ xác định ảnh chụp bức xạ.

(iii). Liều chiếu X của bức xạ roentgen và γ biểu thị bằng năng lượng lượng tử

(photon) chuyển thành động năng của các hạt tích điện trong một đơn vị khối lượng

không khí ở điều kiện chuẩn X = dQ/dm

Trong đó dQ là giá trị tuyệt đối của tổng điện tích các ion cùng dấu được tạo ra

trong thể tích không khí ở điều kiện chuẩn có khối lượng dm khi tất cả các electron

thứ cấp (e+ và e-) do các photon tạo ra bị hãm hoàn toàn trong đó.

Đơn vị liều chiếu là C/kg. Đơn vị cũ là Röntgen (R) với 1 R= 2,58.10-4 C/kg

Suất liều chiếu của bức xạ röntgen và γ là liều chiếu tính trong một đơn vị thời

gian = dX/dt= dQ/dm/dt

Đơn vị suất liều chiếu là C.kg-1.sec-1

Hằng số suất liều gamma riêng Г là hằng số đối với hạt nhân phát gamma nhất định

và được gọi là suất liều không che chắn (μSv/h) ở khoảng cách 1 m của một GBq hoạt

tính, theo ký hiệu cũ vẫn hay dùng là RHM (R/h/Ci)

(iv). Cường độ bức xạ M được định nghĩa là năng lượng của tia bức xạ tương tác trên

một đơn vị diện tích vuông góc với hướng truyền của chùm tia trong một khoảng thời

gian.

Đơn vị cường độ bức xạ là erg/cm2.sec với 1 erg/cm2.sec= 10-3 W/m2

(v). Độ chiếu

Trong thực tế hay dùng đại lượng là độ chiếu e. Đối với máy e = I*t, với nguồn e

=A*t. Trong đó: I – cường độ dòng điện; A – hoạt độ nguồn; t – thời gian chiếu.

I.4. Tương tác của bức xạ với vật chất

I.4.1. Biến đổi của chùm tia

Khi một chùm bức xạ đi qua vật chất thì một số tia được truyền qua, một số tia bị

hấp thụ và một số tia bị tán xạ theo nhiều hướng khác nhau. Các loại bức xạ hạt nhân

chính là α, β tương tác mạnh với các electron ở quỹ đạo nguyên tử. Do bị ion hóa và

bị kích thích nên bức xạ bị mất năng lượng liên tục rồi bị hãm lại khi mất hoàn toàn.

Neutron không tích điện nên khó tương tác với các electron và trường coulomb của

hạt nhân.

I.4.2. Tương tác của bức xạ tia X và γ với vật chất.

Khi bức xạ tia X và γ đi qua vật chất, cường độ bức xạ bị suy giảm và phụ thuộc

vào đặc tính chùm bức xạ, vật liệu, mật độ và chiều dày của mẫu vật mà chùm tia bức

xạ đi qua. Quá trình tương tác xảy ra rất phức tạp, đó là kết quả tự nhiên của sóng

điện từ. Tuy nhiên với các lượng tử có năng lượng 0,01 – 10 MeV tương tác chủ yếu

xảy ra theo ba quá trình (h. VII.7): hiệu ứng hấp thụ quang điện, tán xạ compton và

quá trình tạo cặp.

Đặc trưng cho khả năng tương tác của lượng tử (photon) roentgen hoặc γ với vật

chất được gọi là hệ số suy giảm tuyến tính μ. Hệ số μ được đặc trưng bằng tỉ số giữa

số lượng tử chịu tương tác trong một đơn vị thời gian vói mật độ dòng lượng tử tới.

Nói các khác nó xác định sự suy giảm của cường độ bức xạ ion hóa khi chùm tia đi

qua vật chất có chiều dày nhất định.

Khi tương tác quang điện với nguyên tử chất hấp thụ A (h.VII.7a) lượng tử (photon)

có năng lượng tương đối thấp (nhỏ hơn 1 MeV) truyền toàn bộ năng lượng cho

electron ep ở lớp trong – thường là lớp K. Do nhận được năng lượng bằng hiệu số

giữa năng lượng lượng tử với năng lượng liên kết trong nguyên tử, electron bị bứt ra

khỏi nguyên tử. Electron này được gọi là photoelectron (quang điện tử) và dịch

chuyển trong chất hấp thụ gây ra ion hóa thứ cấp và kích thích. Khi liên kết giữa các

electron càng bền vững thì hiệu ứng quang điện càng mạnh. Hiệu ứng quang điện hầu

như chỉ xảy ra trong các chất có nguyên tử lượng và nguyên tử số cao, vì vậy chì Pb

được dùng làm chất che chắn tốt đối với lượng tử năng lượng thấp. Hệ số tương tác

tuyến tính quang điện là τ tỉ lệ với số Z và năng lượng E. Hiệu ứng này tạo ảnh chủ

yếu.

Hình VII.7. Ba quá trình tương tác

Quá trình tán xạ compton được thực hiện bằng cách lượng tử (photon) γp va chạm

với electron ek ở lớp vỏ ngoài. Khi tương tác chỉ một phần năng lượng của γp truyền

cho nguyên tử hấp thụ và lượng tử bị tán xạ (h.VII.7b). Electron được giải phóng

khỏi nguyên tử gây ra ion hóa và kích thích. Lượng tử và electron đều bị lệch đi các

góc khác nhau so với hướng chuyển động ban đầu, tần số thay đổi. Mật độ electron

càng lớn thì mức độ tán xạ càng mạnh. Hệ số tương tác tán xạ tuyến tính σ tỉ lệ với

nguyên tử số Z và tỉ lệ nghịch với năng lượng E. Quá trình này chỉ xảy ra với bức xạ

ion hoá. Năng lượng phụ thuộc vào góc lệch. Khi chụp ảnh chúng làm nhoè ảnh, vì

vậy phải chọn thông số thích hợp.

Quá trình tạo cặp do lượng tử (photon) γ tương tác với nguyên tử tạo nên cặp

electron e- và positron e+ trong điện trường; khi đó chính lượng tử biến mất. Năng

lượng tối thiểu để tạo ra cặp electron – positron cần phải vượt quá tổng năng lượng

của chúng tức là 1,022 MeV. Sau khi tạo thành electron và positron tách khỏi nhau rồi

bị mất động năng do sự ion hóa thứ cấp, năng lượng chuyển từ sóng sang hạt. Quá

trình tạo cặp có vai trò quan trọng khi năng lượng E lớn với các chất có nguyên tử số

Z cao (h.VII.7c), vì hệ số tương tác tạo cặp χ tỉ lệ với Z2.

Đối với từng chất có thể chia ra ba vùng năng lượng mà mỗi vùng có quá trình nào

trội hơn (Bảng VII.1)

Bảng VII.1: Các vùng năng lượng trội của các quá trình tương tác giữa bức xạ γ và

roentgen với vật chất.

Vật liệu Mức năng lượng E

Hiệu ứng quang điện Tán xạ compton Quá trình tạo cặp

/J/ /keV/ /J/ /keV/ /J/ /keV/

Không khí <3,2.10-15 <20 3,2.10-15 ÷3,7.10-12 20 ÷23000 >3,7.10-15 >23000

Nhôm <8,0.10-15 <50 8,0.10-15 ÷2,4.10-12 50 ÷15000 >2,4.10-12 >15000

Thép <1,9.10-14 <120 1,9.10-14 ÷1,5.10-12 120 ÷9500 >1,5.10-12 >9500

Chì <8,0.10-14 <500 8,0.10-14 ÷7,5.10-13 500 ÷4700 >7,5.10-13 >4700

I.4.3. Hệ số suy giảm tuyến tính μ (cm-1)

Hệ số suy giảm tuyến tính μ là tổng các hệ số tương tác tuyến tính do hiệu ứng

quang điện τ, tán xạ compton σ và quá trình tạo cặp χ

μ = τ + σ + χ

Như vậy μ đặc trưng cho sự suy giảm tương đối của cường độ bức xạ khi đi qua

chiều dày hấp thụ 1 cm. Độ lớn nghịch đảo1/m được gọi là quãng đường tự do của

lượng tử trong vật chất.

Trong vùng bức xạ roentgen và gamma năng lượng thấp, giá trị μ được xác định

trên cơ sở hiệu ứng quang điện và mất đi khi năng lượng tăng. Tại vùng năng

lượng bức xạ γ nhỏ hơn 1 MeV, quá trình tương tác cơ bản là tán xạ compton, hệ số μ

ít phụ thuộc vào năng lượng. Trong phạm vi năng lượng bức xạ hãm của máy gia

tốc và bức xạ γ lớn hơn 1 MeV, hệ số μ tăng theo năng lượng (h.VII.8). Trong các

chất có nguyên tử số Z lớn thì tác động quang điện và tạo cặp đến μ lớn. Trong vùng

năng lượng chỉ tồn tại tán xạ compton thì μ ít phụ thuộc vào Z.

Hình VII.8. Tiết diện tương tác phụ thuộc vào năng lượng của lượng tử gamma

Đối với các nguồn bức xạ γ đơn năng như Co-60 hoặc Cs-137, μ không phụ thuộc

vào chiều dày hấp thụ. Đối với các nguồn γ có phổ phức tạp như Ir-192 hoặc Tm-

170, cũng như các nguồn đồng vị bức xạ hãm như (Tl-204 + Be) hoặc (Sr-90 + Be)

thì μ lại phụ thuộc vào chiều dày. Trong trường hợp này các thành phần phổ mềm

(có năng lượng thấp) đi qua vật chất sẽ bị hấp thụ nhanh hơn phổ cứng. Tình trạng

bức xạ tia X hay bức xạ hãm của máy gia tốc cũng tương tự.

Trong mọi trường hợp, năng lượng bức xạ càng nhỏ thì sự phụ thuộc của μ vào

chiều dày hấp thụ càng lớn. Vì đối với máy gia tốc μ tăng theo năng lượng, nên

khả năng đâm xuyên của tia bức xạ giảm. Do đó sử dụng bức xạ hãm với năng

lượng nhỏ hơn 30 MeV để kiểm tra vật liệu nặng (đồng, thép...) là hợp lý, còn với

vật liệu nhẹ (nhôm, manhê, titan...) năng lượng không vượt quá 50 MeV. Vượt quá

giới hạn đó thì μ thay đổi không đáng kể mà kích thước và trọng lượng máy tăng

lên nhiều.

Trong thực tế kiểm tra thường xem các bức xạ có phổ phức tạp hoặc liên tục như

là bức xạ đơn năng có năng lượng hiệu dụng Ee và hệ số suy giảm hiệu dụng μe.

Các giá trị Ee và μe được xác định qua sự suy giảm tương tự trong chất hấp thụ của

hai dạng bức xạ.

Giá trị μe đối với bức xạ không đơn năng có phổ phức tạp hoặc liên tục có thể

được xác định bằng thực nghiệm theo nguyên lý (h.VII.9).

Kết quả các phép đo để tính μe theo phương trình:

μe = - (9. )

Hình VII.9. Chùm tia bức xạ “hẹp”: 1)- nguồn; 2)- collimator; 3)- tấm hấp thụ;

4)- detector

Ví dụ 2 :

Tính hệ số suy giảm hiệu dụng biết cường độ bức xạ bị giảm đi 4 lần sau khi đi

qua tấm thép dày δ= 2 cm?

Áp dụng công thức (9. ) có μe = - = 0,693 cm-1

I.4.4. Hệ số suy giảm khối μm

Khi kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ, người ta còn dùng khái niệm hệ số suy giảm

khối vì hệ số này đặc trưng đồng thời cho cả mật độ vật liệu cũng như năng lượng

bức xạ. Nó được xác định theo quan hệ:

μm = μ/ρ (g/cm2)

Trong đó: ρ – mật độ vật chất (g/cm3)

Đối với bức xạ tia X có quan hệ giữa hệ số suy giảm khối, bước sóng λ và nguyên

tử số Z như sau:

μm =k λ3Z3

mm phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ sơ cấp và do đó những bức xạ mềm hay

bức xạ có năng lượng thấp sẽ có hệ số hấp thụ lớn hơn. mm cũng phụ thuộc vào

nguyên tử số Z của chất hấp thụ và tăng lên theo nguyên tử số Z.

I.4.5. Định luật suy giảm chùm tia bức xạ hẹp

Bức xạ bị hấp thụ khi truyền qua lớp vật liệu mỏng phụ thuộc vào chiều dày δ và

hệ số suy giảm tuyến tính m. Tương tự như định luật phân rã phóng xạ có thể viết:

Mt = M0e-μ.δ=M0.exp(-μδ) (7.7)

Trong đó: M0 và Mt là cường độ của chùm tia bức xạ hẹp tới và truyền qua vật

liệu tương ứng với M0 cách nguồn 1 m.

Để thuận tiện cho tính toán người ta thường dùng chiều dày làm yếu (hấp thụ) một

nửa (HVL) - là chiều dày của vật liệu cho trước làm cho cường độ chùm tia bức xạ

khi đi qua nó giảm xuống còn một nửa. Chiều dày hấp thụ một nửa HVL được xác

định từ công thức :

Mt = M0e-μ.δ

Nếu ta có :

Þ δ = HVL = (7.8)

Bảng (VII.2) cho biết HVL của một số vật liệu

Bảng VII.2 Giá trị HVL (mm) đối với các nguồn γ và tia X

Vật liệu Bê tông Thép Chì Uranium

Nguồn

Ir-192

Co-60

Cs-137

Ra-226

41

61

_

69

12,5

20

15

_

5,0

12

6,5

16,6

3,1

7,0

_

_

100 kV- tia X

300 kV- tia X

21

30

_

_

2,5

18

_

_

I.4.6. Định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

Cường độ bức xạ đến điểm nào đó phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn (điểm) bức

xạ đến điểm đó. Cường độ bức xạ biến thiên tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng

cách này (h.VII.10)

Định luật (tỉ lệ nghịch với) bình phương

khoảng cách có thể biểu diễn bằng công thức

toán học như sau:

Trong đó : l1 và l2 tương ứng với khoảng cách từ

nguồn đến C1 và C2.

Định luật bình phương khoảng cách có tầm

quan trọng trong quá trình thực hiện chụp ảnh

bức xạ. Film phải ghi nhận được liều chiếu nhất

định để có độ đen mong muốn. Nếu khoảng

cách từ nguồn đến film thay đổi thì liều chiếu

cũng bị thay đổi theo quy luật bình phương khoảng cách. Trong tính toán an toàn bức

xạ cũng sử dụng định luật này cùng với thời gian và che chắn đã trình bày.

Hình VII.10. Định luật bình phương khoảng cách: A- nguồn; B- khe hở; C1 và C2-

bề mặt ghi nhận

I.4.7. Sự suy giảm của chùm tia bức xạ rộng

Những phân tích ở trên áp dụng đúng cho chùm tia bức xạ hẹp và chiều dày vật liệu

nhỏ. Dễ thấy rằng có những lượng tử phân kỳ không bị hấp thụ và detector không ghi

nhận được. Về mặt hình học giả thiết chùm tia hẹp chỉ đúng khi đường kính của

trường chiếu không vượt quá 1,5 lần quãng đường tự do (1/μ) của lượng tử (photon)

trong vật chất. Điều kiện này trong thực tế rõ ràng không đầy đủ.

Trong thực tế kiểm tra bằng bức xạ người ta sử dụng chùm tia bức xạ rộng về mặt

hình học. Khi đó tới detector không chỉ các lượng tử chuyển động trùng với chùm tia

sơ cấp mà cả những lượng tử bị tán xạ nhiều lần trong chất hấp thụ. Lúc đó cường độ

bức xạ sau khi truyền qua vật liệu Mt sẽ cao hơn đáng kể. Hiện tượng này được gọi là

hiện tượng tích lũy bức xạ. Đưa thành phần tán xạ vào cường độ bức xạ tổng truyền

qua có thể được đánh giá nhờ hệ số tích lũy bức xạ B. Hệ số tích lũy bức xạ B được

xác định bằng tỉ số giữa tổng cường độ bức xạ thực tế với cường độ bức xạ không có

tán xạ. Lúc đó công thức (9. ) có dạng tổng quát:

Mt =B. M0e-μ.δ=B.M0.exp(-μδ) (7.9)

Hình VII.11. Quan hệ giữa hệ số tích lũy bức xạ với chiều dày thép

a)- nguồn đồng vị; b)- bức xạ hãm của betatron

Trên (h.VII.11) trình bày quan hệ giữa B và chiều dày tấm thép δ đối với nguồn bức

xạ khác nhau. Từ đồ thị thấy rằng, khi tăng năng lượng bức xạ và giữ nguyên các

điều kiện khác thì hệ số B giảm; còn khi tăng chiều dày thì B tăng.

Trong các tài liệu về nguồn điểm đồng vị đều cho giá trị B với bức xạ đơn năng.

Còn giá trị hệ số tích lũy hiệu dụng Be của bức xạ đa năng có thể được xác định bằng

thực nghiệm. Quá trình gồm hai lần đo theo (h.VII.9): đầu tiên đo Mt bằng ống chuẩn

trực (collimator), sau đó đo cường độ bức xạ tổng có cả tán xạ Mt +Mtx. Áp dụng

công thức Be = (Mt +Mtx)/Mt dễ dàng tính được.

I.4.8. Tán xạ ngược

Khi lượng tử tán xạ nhiều lần trong vật kiểm và bị hấp thụ bởi những vật gần đó,

một phần bức xạ tán xạ truyền ngược ra khỏi vật hấp thụ và tác động đến detector

cũng như người thao tác. Độ lớn tán xạ ngược trong môi trường tỉ lệ nghịch với bình

phương nguyên tử số Z2 của vật chất đó. Nó cũng tăng khi chùm bức xạ tới vật kiểm

bị lệch và tỉ lệ nghịch với cosθ (ở đây θ là góc tới của tia bức xạ). Cho nên tránh

chụp kiểm tra mối hàn đặt trong môi trường bằng vật liệu nhẹ (nhôm, bê tông...) hoặc

hướng chiếu bị lệch. Điều đó dẫn tới độ nhạy bị giảm và phải tăng cường độ chiếu

gây ảnh hưởng xấu đến người thao tác. Khi chụp trong xưởng có buồng kín mà

không có trần bổ sung, tán xạ ngược có thể tạo nên phông bức xạ truyền ra ngoài.

Suất liều phông có thể vượt quá giới hạn cho phép đối với dân chúng (1 mSv/năm).

I.4.9. Tương tác của neutron với vật chất

Tùy thuộc vào động năng của neutron có thể chia chúng thành các nhóm lớn sau:

lạnh với Ek < 0,01 eV; nhiệt với Ek = 0,01 ÷0,3 eV; trung gian với Ek = 0,3 ÷104 eV ;

nhanh với Ek = 104 ÷2.107 eV.

Khi neutron đâm xuyên qua vật chất do chúng va đập với các hạt nhân nên có khả

năng xảy ra các tương tác phụ thuộc vào năng lượng của neutron: neutron bị tán xạ ở

hạt nhân, không thay đổi bản chất; bản chất hạt nhân và neutron bị thay đổi, khi đó

tạo nên các hạt α, lượng tử γ, proton... cũng như xảy ra quá trình phân chia các

nguyên tử nặng.

Hình VII.12. Quan hệ giữa tiết diện kích hoạt với năng lượng neutron

Sự suy giảm chùm neutron hẹp chuẩn trực bởi tấm che chắn có chiều dày δ xảy ra

theo định luật:

Jt = Jo.e-σNδ (7.10)

Trong đó: Jo và Jt – mật độ dòng neutron trước và sau khi qua lớp vật liệu che chắn

σ – tiết diện kích hoạt vi mô (barn = 10-24 cm2)

N – số hạt nhân trong 1 cm3

Tích số σ .N = Σ được gọi là tiết diện ngang vĩ mô. Về mặt thực tế đó là hệ số suy

giảm tuyến tính của dòng neutron trong vật chất. Giá trị nghịch đảo của Σ được gọi là

quãng đường tự do của neutron trong vật chất. Trong trường hợp chung có thể khẳng

định được rằng tiết diện kích hoạt tương tác của neutron với vật chất tăng lên khi

năng lượng neutron giảm (h.VII.12). Chính vì vậy ưu điểm của neutron nhiệt và trung

gian được sử dụng trong chụp ảnh bức xạ. Từ việc phân tích các đường cong trên,

thấy rằng chụp neutron hoàn toàn thích hợp khi kiểm tra các chất như Mn, B, Cd...

Những chất này tiết diện kích hoạt thay đổi mạnh theo năng lượng, điều đó cho phép

giải đoán khuyết tật tốt.

II. THIẾT BỊ VÀ CÁC THÔNG SỐ TRONG KIỂM TRA BỨC XẠ

II.1. Các nguồn bức xạ hãm

II.1.1. Nguyên lý chung của thiết bị phát bức xạ tia X

Để tạo ra bức xạ tia X cần phải có một nguồn phát electron (dây tóc được đốt nóng);

định hướng và tăng tốc các electron (tạo điện áp cao); cùng một bia bằng wolfram để

electron va đập vào. Chúng được đặt trong ống phát bằng thủy tinh gồm hai điện cực:

cathode và anode (h.VII.13). Ngoài ra còn có thiết bị điện khác bao gồm :

Một biến áp để cung cấp điện áp cao cần thiết.

Bộ phận để điều chỉnh cao áp được đặt giữa cathode và anode

Bộ phận để điều chỉnh cường độ dòng điện chạy qua dây đốt nóng

Hệ thống ngắt tự động để bảo vệ cho thiết bị khỏi hư hỏng do quá nhiệt, điện

áp, cường độ dòng điện quá cao v.v…

Các thiết bị phát bức xạ gồm hai loại chính là máy phát liên tục (tính theo giờ) và

máy phát xung (tính theo số xung).

(i). Máy phát liên tục: có thể ở dạng liền khối hoặc dạng rời. Chúng được dùng để

phát theo chùm định hướng hoặc toàn phương (h.VII.13a, b, c).

Các máy phát dạng liền khối được lắp chung trong một khối và được làm nguội bằng

dầu hoặc khí. Máy phát xách tay được dùng ở công trường hoặc điều kiện lắp ráp,

còn máy cao áp liền khối cố định chỉ được dùng trong xưởng.

Hình VII.13. Các mạch máy phát điển hình: 1)- biến áp; 2)- ống roentgen; 3)-

kenetron; 4)- tụ điện

Trong các máy phát liền khối xách tay người ta sử dụng ống roentgen có anode cố

định và mạch nửa sóng không chỉnh lưu (h.VII.13a). Trong các máy phát cao áp cố

định người ta dùng các ống roentgen kiểu ghép gồm cathode tiếp mát, các điện cực

trung gian và anode rỗng chứa chất lỏng làm mát.

Ở các máy phát này dòng điện được đưa trực tiếp vào ống từ biến áp điện áp cao.

Dòng điện chạy qua ống roentgen chỉ theo một chiều ở nửa chu kỳ đầu, còn nửa chu

kỳ sau dòng điện bị ngăn lại. Việc sử dụng mạch như bộ chỉnh lưu này làm giảm thời

gian làm việc, nhưng thiết bị lại đơn giản.

Máy phát dạng rời gồm bộ phận phát độc lập, ống röntgen và bảng điều khiển riêng.

Các ống röntgen có bia thông thường hoặc tháo ra được. Người ta sử dụng mạch nửa

sóng có chỉnh lưu (h. VII.13b) và mạch tăng cường có chỉnh lưu cùng với tụ điện (h.

VII.13c). Việc dùng ống với anode tháo được đảm bảo nhận được chùm tia bức xạ

toàn phương. Phần bia ở anode mà chùm electron va đập vào được gọi là tiêu điểm

phát bức xạ của ống. Để nhận được ảnh sắc nét thì tiêu điểm phải có kích thước càng

nhỏ càng tốt. Nhưng thực tế nếu tiêu điểm có đường kính nhỏ hơn 0,3 mm thì tuổi thọ

của ống giảm do sự thăng hoa của vật liệu làm bia. Kenotron chỉnh lưu trong các

mạch máy phát dạng rời cho phép làm phẳng điện áp chỉnh lưu để công suất phát ra

đạt giá trị cao. Việc sử dụng mạch tăng cường với hai kenotron và hai tụ điện (h.

VII.13c) cho phép điện áp trong ống roentgen tăng gấp đôi.

(ii). Máy phát tia X dạng xung (Flash X-ray): anode hình côn rất nhỏ và cathode bằng

inox hình xuyến có các lỗ ở tâm. Các máy này dùng mạch xung có độ tự cảm rất thấp

với bộ phóng điện cùng biến áp đỉnh xung (h. VII.14).

Dưới tác động của xung cao áp được tạo nên bởi khoá điện tử 5 và bộ phóng điện 6,

bức xạ roentgen rất ngắn nhưng rất mạnh phóng ra khỏi ống phát 2 qua cửa sổ. Tụ

điện 4 phóng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến áp đỉnh xung 7 tạo nên điện áp 100

– 200 kV trong cuộn thứ cấp qua ống phát.

Hình VII.14. Máy phát roentgen dạng xung: 5)- khóa điện tử; 6)- bộ phóng điện; 7)-

biến áp đỉnh xung

Các máy phát xung được sử dụng để kiểm tra nhanh các mối hàn đường ống, khi lắp

ráp... Tần số phóng xung từ 0,2 Hz – 15 Hz, thời gian phóng từ 1 – 3 μs và cường độ

dòng điện đạt được 100 – 200 A. Xung bức xạ phát ra lên đến 1 R ở cách 1 m.

(iii). Bảng điều khiển: Các thiết bị sử dụng điện áp cao, phải có bảng điều khiển để đo

và biến đổi điện áp và dòng điện chạy qua ống. Biến số thứ ba mà điều chỉnh được

đó là liều chiếu. Công suất phát ra từ một thiết bị tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy

qua ống và thời gian chiếu (mA.sec). Trong một số máy sử dụng dải điện áp lên đến

MV như các máy linac, buồng đo bức xạ được đặt ngay đầu máy sát với bia sẽ đo

được cả liều tích lũy và suất liều tức thời rồi chuyển đổi thành những liều hấp thụ

trên bề mặt film.

Trong hầu hết các loại máy phát bức xạ tia X cũ có các núm điều chỉnh cao áp (kV),

cường độ dòng điện (mA) và thời gian chiếu. Trên bảng điều khiển có thể thao tác

bằng tay để lựa chọn các thông số. Tuy nhiên, các máy phát bức xạ tia X hiện nay thì

những núm điều chỉnh này được điều khiển qua một bộ vi xử lý.

II.1.2. Thiết bị phát bức xạ tia X hiện đại

Các loại máy phát bức xạ tia X hiện nay có nhiều cải tiến nhờ ứng dụng các công

nghệ mới, chúng có đặc điểm:

Bức xạ phát ra mạnh với kích thước tiêu điểm nhỏ.

Phát ra bức xạ có năng lượng rất thấp và rất cao cũng như điều chỉnh được năng

lượng.

Thiết bị gọn nhẹ.

Có khả năng định hướng và bao quát một phạm vi rộng.

Thiết bị vận hành được dễ dàng và an toàn.

Thiết bị phát bức xạ tia X được nhiều hãng khác nhau sản xuất và có thể được phân

loại như sau:

(i). Máy phát bức xạ tia X định hướng

Toàn bộ các máy xách tay và có dải điện áp nằm từ 100 kV đến 400 kV. Cao áp có

thể điều chỉnh được vô cấp hoặc phân cấp. Góc phát của chùm tia thường là 40o. Kích

thước hiệu dụng của tiêu điểm phát bức xạ từ 0,5 x 0,5 đến 4 x 4 (mm2). Dòng điện

chạy qua ống từ 5 đến 20 mA phụ thuộc vào kích thước của tiêu điểm. Thông thường,

độ ổn định của cao áp và cường độ dòng điện tương ứng với 1% và 0,5%.

Các ống phát tia X có hai tiêu điểm cũng đã được sản xuất. Loại này dùng tiêu điểm

nhỏ khi cường độ dòng điện qua ống thấp và tiêu điểm lớn được sử dụng khi cường

độ dòng điện cao. Các máy này được điều khiển bằng một thẻ chương trình.

(ii). Máy phát bức xạ tia X toàn phương :

Các ống phát bức xạ tia X toàn phương sử dụng cao áp đến 300 kV thường có góc

phát chùm tia là 360o x 30o. Tiêu điểm phát bức xạ có dạng ellipse với kích thước

hiệu dụng có thể là 4 x 1 hoặc 1,5 x 1,5 (mm2). Cường độ dòng điện chạy qua ống đến

15 mA. Những máy này đặc biệt hữu dụng khi chụp ảnh kiểm tra mối hàn chu vi

trong các ống có đường kính lớn. Khi cần có thể tạo ra chùm tia được định hướng

bằng cách sử dụng các vòng chắn thường đi kèm với những ống phát bức xạ tia X

này.

Hiện nay còn có các loại ống phát toàn phương sử dụng anode thanh. Nó có thể tạo

ra các góc định hướng chùm tia là 90o, 120o, 180o và 360o (được định hướng vuông

góc với anode) bằng cách sử dụng một màn chắn gắn chặt với các ống phát bức xạ tia

X như vậy. Tiêu điểm phát chùm bức xạ có đường kính là 5 mm, cường độ dòng điện

chạy qua ống là 6 mA.

(iii). Máy phát bức xạ tia X có tiêu điểm phát bức xạ cực nhỏ

Độ nhòe hình học tăng lên khi chụp ảnh mà khoảng cách từ nguồn đến film và

khoảng cách từ vật đến film không thể điều chỉnh được. Điều này có thể khắc phục

được bằng cách sử dụng các ống phát có tiêu điểm rất nhỏ. Hãng Magnaflux đã sản

xuất ra loại máy này. Ống phát bức xạ tia X làm bằng ceramic nhẹ và nhỏ cho phép

tiêu điểm có kích thước từ 0,05 mm – 0,5 mm. Chùm electron được hội tụ trên bia

wolfram nhờ sự trợ giúp của điện cực làm hội tụ. Kích thước tiêu điểm có thể thay

đổi được bằng cách thay đổi điện áp trên điện cực làm hội tụ. Máy phát bức xạ tia X

100 kV mới này có thể hoạt động với cường độ dòng điện cực đại là 1 mA. Ống chính

có thể dễ dàng di chuyển qua khe hở đường kính 100 mm. Thiết bị này được sử dụng

để kiểm tra các mối hàn bằng chùm tia electron trong thân máy của các động cơ phản

lực TFE31.

II.1.3. Các máy gia tốc điện tử

Các máy gia tốc điện tử được sử dụng để tạo ra nguồn bức xạ hãm với phổ liên tục

trong dải năng lượng 1 – 100 MeV khi kiểm tra sản phẩm hàn có chiều dày lớn. Các

máy gia tốc tuyến tính làm tăng tốc các electron, đảm bảo cho chuyển động theo quỹ

đạo thẳng. Các máy gia tốc vòng làm tăng tốc các electron, đảm bảo cho chuyển động

theo quỹ đạo tròn.

(i). Máy gia tốc tuyến tính (h.VII.15): cấu tạo có dạng buồng gia tốc chân không hình

trụ 1 với nam châm điện điều tiêu 2 được đặt trên bề mặt hình trụ cạnh ống dẫn sóng

4. Bộ phát cao tần 3 tạo sóng điện từ chạy có điện trường hướng theo trục của ống

dẫn sóng. Ống 5 phóng ra các electron rồi được tăng tốc bằng điện trường của sóng

chạy. Trên quãng đường liên tục cứ khoảng 300 mm lại tạo thành năng lượng chừng 1

MeV. Sau đó các electron đập vào bia 6 phát ra bức xạ hãm với suất liều 2 – 240

R/sec cách bia 1 m, năng lượng đạt 3 – 10 MeV.

Hình VII.15. Sơ đồ cấu tạo máy gia tốc tuyến tính

Tiêu điểm phát bức xạ có kích thước 2,5 x 2,5 (mm2) và có thể chụp ảnh được mẫu

thép có chiều dày 100 mm trong một phút. Các góc phát chùm tia 15o, 30o, 45o và

360o.Cường độ dòng điện tạo ra chùm electron từ 0,01 - 0,25 mA. Máy gia tốc tuyến

tính mới (Linatron 2000) có thể chọn được năng lượng bức xạ là 5,5 MeV; 8 MeV

hoặc 10 MeV từ núm điều chỉnh ở trên bảng điều khiển.

(ii). Betatron (h.VII.16): gồm buồng gia tốc chân không hình xuyến 1, đặt giữa các

cực của nam châm điện 2. Dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây của nam châm

điện xuất hiện từ thông biến thiên rất nhanh. Ống điện tử 5 phóng electron vào buồng

hình xuyến. Ở đó các electron được tăng tốc trong điện trường xoáy do sự biến thiên

của từ trường tạo ra.

Hình VII.16. Cấu tạo betatron Hình VII.17. Phổ betatron khi năng lượng 10 MeV

Từ trường có hai chức năng là tăng tốc và định hướng các electron chuyển động theo

một quỹ đạo tròn. Cứ mỗi vòng với chiều dài quỹ đạo tròn 1 m thì năng lượng

electron lại tăng 15 – 20 eV. Sau khoảng vài triệu vòng quỹ đạo, electron đạt được

năng lượng cỡ 100 MeV. Cuối chu trình tăng tốc, quỹ đạo bay của các electron thay

đổi làm chúng bay ra khỏi quỹ đạo đập vào bia 6 phát ra bức xạ hãm với suất liều

0,005 – 4,2 R/sec cách bia 1 m, năng lượng đạt 2 – 35 MeV.

Phân tích sự phân bố phổ năng lượng của các máy gia tốc và betatron (h. VII.17 ) nói

riêng, chỉ ra rằng cường độ bức xạ tỉ lệ nghịch với năng lượng bức xạ và giảm mạnh

đến không ở vùng năng lượng cực đại. Dạng của phổ này không phụ thuộc vào năng

lượng ban đầu của electron, cũng như bản chất của bia. Ngoài ra cường độ bức xạ

giảm mạnh từ tâm đến biên của chùm tia bức xạ có trục đối xứng. Từ tâm ra biên của

vùng chiếu cường độ giảm một nửa: với năng lượng 15 MeV, phạm vi góc 0o – 6,4o;

với năng lượng 50 MeV, 0o – 1,9o. Vì mật độ tập trung cao nên việc điều chỉnh vùng

chiếu và làm đều cường độ bức xạ bằng

các chuẩn trực và filter

(iii). Microtron (h.VII.18): cấu tạo có dạng buồng gia tốc chân không hình trụ 1 với

nam châm điện điều tiêu 2. Bộ phát cao tần 3 phóng các electron theo ống dẫn sóng 4

hướng vào tâm vùng tăng tốc của bộ cộng hưởng sóng cực ngắn 7. Các electron vào

buồng 1 dưới tác động của từ trường bắt đầu chuyển động theo quỹ đạo tròn. Từ

trường, tần số sóng cực ngắn (sóng vi ba) và năng lượng khuếch đại trên quỹ đạo

phải có mối quan hệ với nhau sao cho các electron quay lại đến bộ cộng hưởng theo

pha để nhận được một quá trình tăng tốc khác. Sau mỗi lần tăng tốc bán kính chuyển

động của electron tăng lên. Đến cuối chu trình tăng tốc electron đập vào bia 6 phát ra

bức xạ hãm với suất liều khoảng 33 R/sec cách bia 1 m, năng lượng đạt 5 – 30 MeV.

Hình VII.18. Cấu tạo microtron Hình VII.19. Phổ bức xạ hãm của nguồn β

II.1.4. Các nguồn đồng vị bức xạ hãm

Việc dùng bức xạ β thẳng trong kiểm tra là không hiệu quả do khả năng đâm xuyên

thấp và hạt β bị tán xạ nhiều trong vật kiểm. Tuy nhiên dùng các nguồn β từ Sr-90,

Tl-204, Pm-147 để chiếu bức xạ hãm lại cho kết quả tích cực. Đối với trường hợp

này thì vật liệu làm bia là Be, graphite, Al, Mg... Ví dụ nguồn (Sr-90 + Be) có chu kỳ

bán rã là 27,7 năm, phổ liên tục với Emax= 2,18 MeV (h.VII.19). Nếu thay đổi bia có

thể nhận được các mức năng lượng cực đại khác nhau từ một nguồn.

II.1.5. Lựa chọn thiết bị phát bức xạ hãm.

Đặc điểm kỹ thuật của một số máy phát bức xạ hãm được trình bày ở Bảng VII.3.

Bảng VII.3. Các thiết bị bức xạ hãm

Tên thiết bị KV

Max.

Khối

lượng

đầu

(kg)

Cường độ

dòng điện

(mA)

Tiêu điểm phát

bức xạ (mm2)

Suất liều

phát

(R/min) tại

1m

Chiều dày kiểm

tra cực đại

(mm)

Fe Al

HT Cable 50 6 30 1,5 x 1,5 10 ----- 5

Tank type (Andrex) 100 47 8 1 x 1,5 20 5 40

Microtank (Philips) 100 45 5 3 x 1 32 4 35

PYП-120-5-1 120 45 5 2 x 2 10 7 45

PYП-200-20-5 200 750 20 Φ 10 80 40 140

Tank type (Baymex) 250 454 10 5 x 5 20 60 170

ИРА- 2Д (xung- 2 điện

cực)

350 15 200 (A) Φ 3 ---- 75 220

Laboratory (HT Cable) 400 350 10 4 x 4 50 100 250

G.E. Resonance

Transformer

1000 1364 3 7 x 7 50 120 500

Van de - Graaf 3000 3600 0,35 2,5 x 2,5 350 300 -----

Linatron 400 4000 900 ----- 2 500 300 -----

Linatron 6000 15000 3900 ----- 3 6000 460 -----

Betatron Б5-M-25 25000 6500 ----- 0,2 x 0,2 60 700 -----

Microtron 30000 2000 ----- ----- 2000 1000 -----

Vì năng lượng hoặc khả năng đâm xuyên phụ thuộc vào điện áp, do đó điện áp chỉ ra

năng suất của thiết bị.

Cường độ bức xạ hoặc cường độ dòng điện (mA) sẽ xác định được khoảng thời gian

chụp để kiểm tra. Kích thước tiêu điểm phát bức xạ sẽ quyết định khả năng phát hiện

các khuyết tật nhỏ của máy. Chu kỳ làm việc và dạng làm nguội sẽ xác định được

tuổi thọ và hiệu suất làm việc của máy. Trọng lượng, kích thước của máy và hình

dạng của chùm tia phát ra là các yếu tố quan trọng khác cần được xem xét thêm. Độ

mở của chùm tia xác định được diện tích trên vật kiểm trong một lần chiếu chụp. Giá

thành của thiết bị có thể là điều quan tâm cuối cùng trong quá trình lựa chọn thiết bị.

II.2. Các nguồn phát bức xạ gamma.

II.2.1. Đồng vị phóng xạ

Các nguồn đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ gamma có khả năng đâm xuyên lớn.

Chúng có lợi khi chụp ảnh bức xạ kiểm tra các vật chiều dày lớn và mật độ cao vượt

khỏi dải mà các máy phát tia X thường thực hiện. Các nguồn phát bức xạ gamma ít

khi được sử dụng để kiểm tra các loại hợp kim nhẹ và thường bị giới hạn về độ nhạy.

Trước kia người ta sử dụng radium là loại nguồn phóng xạ tự nhiên để chụp ảnh bức

xạ gamma. Ngày nay nó đã được thay thế hoàn toàn bởi các đồng vị phóng xạ nhân

tạo rẻ hơn nhiều. Một số đồng vị phóng xạ

được tạo ra bằng cách dùng neutron ở trong

lò phản ứng hạt nhân kích hoạt vào nó. Hầu

hết các nguồn phóng xạ gamma được tạo ra

theo phản ứng (n,g). Phản ứng (n,g) này chủ

yếu là phản ứng neutron nhiệt. Hạt nhân của

nguyên tố bị kích hoạt sẽ bắt neutron và chất

được tạo ra là một đồng vị phóng xạ của

nguyên tố ban đầu. Ví dụ :

Hình VII.20. Phổ bức xạ Tm-170

Phổ bức xạ của nguồn Tm-170 được chỉ ra trên (h.VII.20) với đỉnh 0,053 và 0,084

MeV. Đặc trưng của các nguồn đồng vị khác cho trong bảng VII.4.

Bảng VII.4. Đặc trưng của các nguồn đồng vị phóng xạ nhân tạo

Đồng vị phóng xạ Co-60 Ir-192 Cs-137 Tm-170 Yb-169

Chu kỳ bán rã 5,3 năm 74 ngày 30 năm 129 ngày 30 ngày

Dạng hóa học Kim loại Kim loại Cs - Ce Kim loại YbO3

hoặc

Tm2O3

Mật độ (g/cm3) 8,9 22,4 3,5 4 ----

Năng lượng bức xạ γ

phát ra (MeV)

1,17

1,33

0,31

0,47

0,64

0,66

0,87

0,052

0,17 – 0.2

Tiết diện kích hoạt

(barn)

36 370 ----- 130 5500

Hoạt độ riêng cơ bản

(Ci/g)

1100 10000 25 6300 Phụ thuộc vào

quá trình làm

giàu đồng vị Yb -

168

Hoạt độ riêng thực tế

(Ci/g)

300 450 25 1500 2,5 – 3,5 Ci trong

kích thước 1 ´ 1

mm2

RHM/Ci 1,33 0,55 0,37 0,0025 0,125

Chiều dày kiểm tra tối

ưu thép (mm)

50 – 150 10 – 70 40 – 100 2,5 – 10 3 – 12

Hoạt độ nguồn chụp

ảnh thực tế (Ci)

100 50 75 50 2,5 – 3,5

Đường kính nguồn

(mm)

3 3 6 3 1

Khối lượng che chắn

(kg)

100 20 50 1 -----

II.2.2. Đầu bọc nguồn

Các nguồn g phát bức xạ liên tục theo

mọi phương nên không an toàn khi sử

dụng. Vì vậy, nguồn bức xạ g cần được đặt trong các vỏ bọc kín. (HVII.21) biểu diễn

một nguồn điển hình.

HìnhVII.21. Cấu tạo bên trong nguồn chụp ảnh điển hình

Nguồn có dạng hình trụ đường kính từ 0,5 – 20 mm, chiều dài từ 0,5 – 8 mm. Đôi

khi các nguồn có dạng hình cầu đường kính từ 6 – 20 mm. Các nguồn được cung cấp

có thể kèm theo thẻ (nhãn) hoặc không có.

II.2.3. Các đầu chiếu

Dù đã được bảo vệ trong vỏ bọc nhưng các nguồn g vẫn không thật an toàn khi

chụp. Các nguồn g còn được đặt trong container hay hòm chứa, bằng các vật liệu có

khả năng hấp thụ bức xạ tốt như chì, wolfram, uranium nghèo. Các container được

thiết kế đặc biệt gọi là các đầu chiếu. Dưới đây trình bày sơ lược một vài đầu chiếu

hoặc máy chiếu bức xạ gamma được sử dụng phổ biến:

(i).Thiết bị dạng nắp đóng mở:

(H.VII.22) mô tả một trong những đầu chiếu đơn giản nhất phù hợp cho việc chiếu

chụp định hướng. Các thiết bị dạng này có

hoạt độ tới 2 Ci cho nguồn Co-60 và 100 Ci

cho nguồn Ir-192. Nắp hình côn đóng /mở

khỏi thân chính khi cần chiếu chụp. Ở vị trí

mở, nắp được giữ cố định để không chắn

chùm bức xạ. Thiết bị này cũng có thể dùng

cho việc chiếu chụp toàn phương bằng cách

đẩy nguồn ra khỏi container nhờ thanh dẫn

hướng có chia độ.

Hình VII.22. Thiết bị dạng nắp đóng mở

(ii). Thiết bị dạng chữ D

(H. VII.23) mô tả máy chiếu gamma dạng chữ D thích hợp cho việc chụp ảnh kiểm

tra ống (hai thành một ảnh). Các thiết bị này có hoạt độ lên đến 7,5 Ci (Ir-192) hoặc 1

Ci (Cs-137). Thiết bị được kẹp chặt vào ống bằng xích và cũng có thể được quay đến

vị trí cần thiết. Khi cần phát chùm bức xạ thì khối trụ bọc nguồn được quay quanh

trục của nó đẩy nguồn đến cửa sổ nằm ngoài container che chắn. Khi không sử dụng

thì nguồn trở về tâm của container che chắn.

(iii). Thiết bị có dạng ngọn đuốc

Loại thiết bị này đầu tiên được dùng để kiểm tra các mối hàn đường ống, nhưng với

đồ gá thích hợp có thể sử dụng cho các việc kiểm tra khác. Đối với quá trình chụp

ảnh bức xạ trong ống, thiết bị được lấy ra từ container và đặt vào một hộp che chắn

gắn liền ống. Hộp che chắn có dạng dạng ngọn đuốc bảo vệ nhân viên kiểm tra trong

quá trình chiếu chụp. Dạng thiết bị này được minh họa trong (h.VII.24)

Hình VII.23. Container dạng màn trập quay. HìnhVII.24. Container dạng đuốc

(iv). Thiết bị điều khiển từ xa

Thiết bị này có thể điều khiển được hoạt động từ một khoảng cách xa, vì thế chúng

thích hợp cho các loại nguồn có hoạt độ lớn. Nguồn phóng xạ được đưa ra ngoài

container đến vị trí chụp theo ống dẫn và được đưa trở lại khi quá trình chiếu chụp

hoàn thành. Có nhiều loại thiết bị chứa các nguồn Ir-192 và Co-60 rất mạnh có hoạt

độ lên đến 500 Ci.

Hình VII.25. Nguyên lý máy chụp điều khiển từ xa

Có hai loại thiết bị chụp ảnh điều khiển từ xa phổ biến (h.VII.25) là loại cáp có khớp

nối đẩy nguồn bằng tay quay và loại điều khiển đưa nguồn ra/vào bằng khí nén.

Bảng VII.5 giới thiệu tóm tắt các đầu chiếu bức xạ gamma thông dụng được thiết kế

theo một số đặc trưng quan trọng.

Bảng VII.5 Các thiết bị chiếu bức xạ gamma thông dụng

Tên thiết bị Đồng vị Hoạt độ

(Ci)

Vật liệu che

chắn

Khối

luợng

(kg)

Mức bức xạ rò rỉ

Tech/Ops Iriditron

Model – 520 (Sperry)

Ir-192 100 Uranium

nghèo

18,18 50 mR

Gammat Model TI Ir-192 40 Uranium kim

loại

12 200 mR/h tại bề mặt

Gammarid-20

ГИД-И-1

Ir-192 50 Uranium kim

loại

12 200 mR/h tại bề mặt

Gamma indust

Model – 35

Ir-192 35 Uranium

nghèo

11,36 50 mR/h cách bề mặt

6” (150 mm)

Pipeliner Model- 1 Ir-192 100 Uranium

nghèo

14,5 50 mR/h cách bề mặt

6” (150 mm)

Tech/Ops Model 680

(Sperry)

Co-60 100 Uranium

nghèo

184 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt

RID-41 ГИД-K-6 Co-60 300 Uranium

nghèo

300 Dưới mức cho phép

của IAEA & USNRC

Unitron Gammat

Model – 110 AB

Co-60 /

Ir-192

10 /

300

Chì 272,72 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt

Unitron Gammat

Model - 151

Co-60 200 Chì 1363,63 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt

Gammat Model TK 10 Co-60 10 Uranium

nghèo

95 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt.

Gammat Model TK 100 Co-60 100 Uranium

nghèo

140 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt

Gamma Indust

Gammatron Model 20A

Co-60 20 Uranium

nghèo được

bọc trong

Polyurethane

136,36 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt

Gamma Indust

Gammatron Model

100A

Co-60 100 Uranium

nghèo được

bọc trong

Polyurethane

204,54 Thấp hơn 200 mR/h

tại bề mặt

Gammarid-23

TY-1

Tm-170 20 Chì 12 Dưới mức cho phép

của IAEA & USNRC

Gammarid-25

ГИД-Ц-1

Cs-137 30 Chì 12 Dưới mức cho phép

của IAEA & USNRC

II.2.4. Lựa chọn nguồn phát bức xạ Gamma

Để đánh giá khả năng sử dụng của các nguồn phát bức xạ gamma khác nhau, cần

phải cân nhắc một số tính chất. Những chỉ dẫn tóm tắt được trình bày dưới đây :

(i) Chu kỳ bán rã

Nguồn phải có chu kỳ bán rã đủ dài để có thể thực hiện hoàn tất công việc, nhưng

nếu dài quá thì lãng phí và nguy hiểm. Tuy nhiên, nếu lựa chọn một nguồn có thời

gian sống ngắn thì cần phải xem xét những tính chất cần thiết khác như hoạt độ khi

xuất xưởng phải cao.

(ii). Năng lượng bức xạ gamma

Năng lượng bức xạ γ phát ra từ nguồn phải đủ lớn để xuyên qua được chiều dày vật

kiểm. Thực tế thường giới hạn chiều dày trong một khoảng để giảm khả năng ảnh

chụp không đảm bảo.

Năng lượng bức xạ γ phát ra từ một nguồn không thể thay đổi được, để có các năng

lượng khác nhau thì chỉ có cách sử dụng các nguồn phóng xạ gamma khác nhau.

(iii). Kích thước nguồn

Kích thước nguồn cần phải nhỏ để tăng độ nét của ảnh chụp bức xạ trên film.

Nhưng nếu nguồn nhỏ quá thì hoạt độ không đủ chụp.

(iv). Hoạt độ riêng cao

Để giữ thời gian chụp ngắn thì cần phải có một lượng bức xạ phát ra thích hợp

(nghĩa là hoạt độ cao). Để có ảnh tốt thì nguồn phải có hoạt độ cao và được ép thành

một khối.

(v). Tính thích hợp

Nguồn phải sẵn trên thị trường, chế tạo được dễ dàng và tương thích với các đầu

chiếu, giá rẻ, an toàn.

II.3. Các nguồn neutron

Nói chung dùng neutron nhiệt (năng lượng từ 0,01 – 0,3 eV) để chụp ảnh là phù

hợp nhất vì:

Hệ số suy giảm khá lớn, hệ số này cũng thay đổi theo vật liệu

Có khả năng tạo dòng lớn nhất là trong lò phản ứng

Khả năng chuyển đổi hiệu quả.

Neutron lạnh thích hợp khi kiểm tra tấm thép dày. Neutron trung gian (0,3 – 10 4 eV)

có khả năng đâm xuyên lớn hơn vì nó làm giảm tán xạ đối với các mẫu có mật độ

lớn, nhiên liệu được làm giàu hoặc chứa hydro. Còn neutron nhanh (10 keV – 20

MeV), mặc dù khó phân biệt vật liệu và chuyển đổi, nhưng dùng năng lượng cộng

hưởng có thể xác định được vật liệu.

II.3.1. Nguồn đồng vị neutron

Các nguồn neutron (bảng VII.6) nhanh được dùng để phát hiện khuyết tật vì từ đó có

thể tạo ra dòng neutron nhiệt thích hợp cho kiểm tra. Để được như vậy người ta cho

neutron nhanh qua bộ phận làm chậm được chế tạo từ các nguyên tố nhẹ. Nguồn

đồng vị có ưu điểm là giá đầu tư cũng như chi phí khi làm việc khá rẻ và có thể thao

tác liên tục mà ít trục trặc.

Nguồn (Sb-124+Be) có nền bức xạ gamma cao (1000 R/h cách nguồn 1000 Ci là 1

m), do đó bộ phận ghi nhận không phải là film bình thường. Tuy nhiên nó cho ra các

neutron năng lượng thấp, điều này đảm bảo ưu việt khi nhận neutron nhiệt trong bộ

phận làm chậm. Nguồn này ít được sử dụng vì chu kỳ bán rã ngắn và phải dùng tấm

Be dày tối thiểu 200 mm, đắt tiền.

Khi chụp neutron thì nguồn (Po-210+Be) và nguồn chuyển pluton Cf-252 tự phân

hạch là thích hợp nhất do phát ra neutron mạnh, có hoạt độ riêng cao nên kích thước

nguồn nhỏ giảm độ nhòe. Một giá trị nổi bật của nguồn Cf-252 là với kích thước nhỏ

kết hợp với U-235 dưới mức tới hạn làm tăng hiệu suất phát neutron đến 30 lần! Tuy

giá còn đắt nhưng Cf-252 đang thu hút sự chú ý của nhiều người nhằm tạo ra nguồn

tối ưu cho chụp ảnh công nghiệp.

Nguồn (Am-241+Cm-242+Be) thu được bằng cách chiếu bức xạ Am-241 trong lò

phản ứng phát ra chùm neutron với nền bức xạ gamma rất thấp. Khi làm chậm cường

độ giảm đi rất nhiều (200 lần) nên nguồn này mới chỉ được nghiên cứu trong phòng

thí nghiệm.

Khi cho các neutron nhanh qua bộ làm chậm, người ta nhận được neutron nhiệt có

cường độ giảm đi 1000 lần so với neutron nhanh từ nguồn. Khi sử dụng hệ thống ống

chuẩn trực có chiều dài gấp 10 lần chiều rộng thì sự suy giảm dòng neutron nhanh

thành dòng neutron nhiệt là một triệu lần. Như vậy nếu mật độ dòng neutron nhiệt

cần thiết là 104 n.cm-2.s-1 thì mật độ dòng neutron nhanh phài là 1010 n.cm-2.s-1

Bảng VII.6 Đặc tính cơ bản của các nguồn neutron nhanh (1 MeV=1,6.10-13 J)

Nguồn Chu kỳ

bán rã T1/2

Lượng neutron

trên 1g đồng vị

(s-1)

Năng lượng

trung bình

neutron (MeV)

Suất liều bức

xạ γ tại 1 m

(R/min)

Năng lượng

bức xạ γ

(MeV)

Cf-252

Po-210+Be

Sb-124+Be

2,63 năm

138 ngày

60 ngày

3.1012

1,28.1010

2,7.109

2,3

4,3

0,024

48.10-3

33.10-3

750

0,04

0,1

0,8

1,7

II.3.2. Lò phản ứng

Lò phản ứng là nguồn neutron nhiệt chủ yếu dùng để chụp ảnh phát hiện khuyết tật.

Các neutron nhiệt nhận được là do làm chậm sự chia tách các neutron được tạo thành

trong vùng hoạt động của lò. Năng lượng neutron chia tách từ vài keV đến 18 MeV.

Vì làm chậm trong graphite nên các neutron chia tách giảm tốc độ xuống đến tốc độ

chuyển động nhiệt của các nguyên tử làm chậm. Mật độ dòng neutron nhiệt trong lò

có thể đạt đến 109 n.cm-2.s-1. Khi đó kèm theo dòng neutron nhiệt là bức xạ γ mạnh,

xuất hiện khi phân tách hạt nhân kèm theo (h.VII.26).

Hình VII.26. Nguồn neutron với hệ dẫn

Để tiến hành chụp neutron trong vùng lò người ta đặt kênh chuẩn trực (kanal-

collimator). Collimator từ phía tiếp giáp với bộ phận làm chậm, có lắp thêm tấm chắn

để điều chỉnh kích thước chùm neutron cùng filter bằng chì để giảm ảnh hưởng của

bức xạ đến kết quả kiểm tra. Phía bên kia có cửa van để cho dòng neutron đi qua hay

ngăn lại và cũng có tấm chắn để điều chỉnh kích thước trường chiếu. Vật kiểm và

detector được đặt trực tiếp gần với tấm chắn này. Để đảm bảo an toàn cho người làm

việc, mọi thứ (collimator, vật kiểm, detector...) đều ở trong camera bảo vệ khi tiến

hành chụp. Điều quan trọng của loại nguồn này là có thể chế tạo ra lò phản ứng với

công suất nhỏ (100 kW) dùng riêng cho chụp ảnh neutron.

II.3.3. Máy phát neutron

Máy phát netron là các máy gia tốc có hạt mang điện bắn phá lên bia phát ra các

dòng neutron nhanh. Các hạt mang điện là hạt nhân deuterium, còn bia là nước nặng,

tritium, berillium, lithium. Tạo ra neutron bằng phản ứng D-T (Deuterium & Tritium)

là kinh tế nhất vì hiệu suất cao với điện áp tăng tốc không lớn (100 – 400 kV). Năng

lượng neutron nhanh từ 2,5 – 22 MeV, dòng đạt 108 – 1011 s-1. Máy gia tốc tuyến tính

và gia tốc vòng có thể là nguồn neutron với năng lượng đến 1 MeV khi dùng bia là

lithium hoặc tritium, còn các hạt tăng tốc là proton. Do tuổi thọ của bia ngắn (ít hơn

100 giờ) nên bia được đặt trong bể nước hoặc dầu và được tháo khỏi ống bằng các

collimator thích hợp.

II.4. Kiểm tra và bảo quản các thiết bị kiểm tra bức xạ

II.4.1. So sánh thiết bị và nguồn kiểm tra bức xạ

Kỹ thuật chụp ảnh bức xạ bằng tia X và γ về cơ bản giống nhau, nhưng việc áp dụng

thì tùy theo điều kiện cụ thể, đó là do bản chất của chúng khác nhau. So với chụp ảnh

bằng tia X thì chụp bằng các chất đồng vị có đặc điểm:

(i). Ưu điểm:

Giá thành của thiết bị và nguồn rẻ hơn nhiều so với giá một máy phát bức xạ tia

X có dải năng lượng tương đương.

Thiết bị dùng chất đồng vị dễ vận chuyển hơn so với thiết bị phát bức xạ tia X.

Nguồn đồng vị nhỏ nên có thể tiếp cận được vị trí khó, khe hở hẹp, đường kính

nhỏ.

Thiết bị chắc chắn, dễ thao tác và bảo quản.

Bức xạ có khả năng đâm xuyên cao, có thể ảnh chụp được các vật hàn dày.

(ii). Nhược điểm :

Điều đầu tiên và quan trọng nhất là bức xạ không thể tắt được nên kém an toàn.

Các ảnh chụp bằng bức xạ γ thường có chất lượng thấp hơn so với chụp bằng

bức xạ tia X.

Khả năng đâm xuyên chỉ phụ thuộc vào nguồn đồng vị phóng xạ được sử dụng

và không thể thay đổi hoặc điều chỉnh được.

Giá thành cao khi thay thế các nguồn phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn.

II.4.2. Kiểm tra và bảo quản

Các thiết bị chụp ảnh bức xạ đều có bản hướng dẫn, quy đinh chặt chẽ cho phép vận

hành không xảy ra sự cố trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, hỏng hóc hoặc trục

trặc đều có thể xảy ra bất cứ lúc nào, nên các thiết bị phát bức xạ tia X và tia γ bắt

buộc phải được bảo dưỡng và kiểm tra thường xuyên.

Đối với các máy phát bức xạ tia X, nguyên nhân gây hỏng thường là: mất độ chân

không trong ống; thay đổi kích thước vị trí tiêu điểm; suy giảm hiệu suất phát bức xạ;

hư hỏng cáp hoặc đầu nối, núm điều khiển trong các bộ phận phát bức xạ cũng như

các hệ thống làm nguội... Khi những hỏng hóc xuất hiện thì hệ thống sẽ tự động tắt

ngay. Sự trục trặc xấu nhất thường được quan tâm là do thao tác thực hiện sai, quá

trình làm nguội không đủ hoặc sự già hóa. Trong những trường hợp quá tải hoặc

hỏng hệ thống làm nguội thì anode thường bị phá hủy trước tiên (tấm đặt trên anode

bị bong tróc ra, làm thủng anode), rất hiếm khi nhiệt độ làm chảy cuộn dây. Việc làm

cho ống trở nên quá tải có thể giảm thiểu bằng cách sử dụng các sensor khống chế

điện áp, dòng điện và nhiệt độ quá cao. Không kiểm soát thường xuyên được các điều

kiện làm nguội (chẳng hạn như quá trình tạo bọt trong anode).

Khi khởi động ảnh hưởng lớn đến sự suy giảm tuổi thọ của máy. Sau một thời gian

không làm việc, các ống phát bức xạ tia X mới cần phải được chạy thử. Lý do là có

thể mức chân không bị suy giảm sau một thời gian nghỉ và độ suy giảm này chỉ được

cân bằng từ từ khi ống phát bức xạ được đưa vào hoạt động.

Việc kiểm tra thể tích của dầu hoặc nước làm nguội (trong vỏ bọc của ống phát bức

xạ tia X, trong bộ cao áp), độ rò rỉ các ống làm nguội hoặc kiểm tra áp suất khí trên

các ống cách ly cũng phải tiến hành thường xuyên. Nếu có sai hỏng ở phần cao áp tại

bảng điều khiển thì cần phải kiểm tra không chỉ núm điều khiển và dây cáp mà còn

cần kiểm tra các cầu chì.

Nếu có điện vào nhưng máy không bật được thì có thể do cáp nối vào ống hoặc do

một trong hai đầu cắm (hay xảy ra). Kiểm tra riêng cáp sẽ nhanh chóng giải quyết

được vấn đề này. Dây cáp dẫn cao áp không được uốn quá cong, nói chung nên có

một cáp dự phòng. Những hỏng hóc trong phần điều khiển thường là do thiết bị hay

bộ điều chỉnh và cần các chuyên gia tới kiểm tra.

Những thay đổi ở tiêu điểm hoặc hiệu suất phát bức xạ là khó phát hiện nhất. Việc

này có thể xảy ra một cách bất ngờ do cathode hoặc do sự hỏng hóc anode.

Hình dạng, kích thước và vị trí của tiêu điểm phát bức xạ có thể được kiểm tra

tương đối đơn giản bằng cách sử dụng một máy chiếu có lỗ nhỏ. Cũng có thể kiểm tra

đơn giản bằng cách sử dụng một liều kế với đầu dò riêng biệt (dạng ống đếm) được

đặt trên đường đi của chùm bức xạ sơ cấp. Năng lượng thay đổi theo thời gian và

dạng phổ ảnh hưởng đến chỉ số trên liều kế, lưu ý rằng những điều kiện đo được giữ

cố định trong suốt thời gian đo.

Phân bố năng lượng được kiểm nghiệm bằng cách chụp ảnh những mẫu dạng bậc

thang dưới những điều kiện được định trước rồi so sánh độ tương phản của bậc này

với bậc khác.

Điều cần chú ý nữa là khi sử dụng liên tục máy phát tia X làm việc bằng thủy lực,

thì giá đỡ có khuynh hướng bị tụt xuống từ từ. Điều này dẫn đến sự thay đổi độ nhòe

trong khoảng thời gian chiếu chụp dài. Đồ gá của máy phát và nguồn cần phải phù

hợp với điều kiện làm việc như trong phòng thí nghiệm hoặc ngoài công trường.

Ngoài trang bìa là hình ảnh đồ gá XT-1 do KS. Nguyễn Đức Thắng thiết kế và chế

tạo.

Trong trường hợp các thiết bị nguồn phóng xạ gamma, quy trình kiểm tra và bảo

dưỡng được giới hạn chủ yếu vào các hệ thống điều khiển từ xa và các khoá… và

việc đảm bảo an toàn bức xạ (việc đảm bảo an toàn bức xạ cũng được đề cập khi thực

hiện chụp ảnh bức xạ kiểm tra bằng bức xạ tia X). Các dây cáp, ống dẫn nguồn, bề

mặt tiếp xúc… cần phải thường xuyên làm sạch và tra dầu mỡ vào nơi cần thiết (một

số thiết bị cấm cho dầu mỡ vào bộ phận tay quay). Hiện nay người ta dùng chất rắn

bôi trơn như graphite hoặc MoS2 để thay dầu mỡ vì dầu mỡ bị lão hoá dưới tác động

của bức xạ. Một nguyên nhân của sự trục trặc nữa là dây cáp hoặc ống dẫn nguồn bị

bẻ cong quá mức làm tắc đường di chuyển của nguồn.

II.5. Các thông số cơ bản khi kiểm tra

II.5.1. Phân loại các thông số

Các kết quả kiểm tra chất lượng hàn bằng chùm tia bức xạ ion hóa được xác định

theo một loạt thông số.

Suất liều chiếu ảnh hưởng đến năng suất, độ an toàn và cấu tạo phần bảo vệ.

Năng lượng bức xạ E quyết định khả năng đâm xuyên và độ nhạy phát hiện khuyết

tật trong vật kiểm.

Mật độ ρ và nguyên tử số Z của vật liệu kiểm tra, ảnh hưởng đến việc chọn suất liều

chiếu, đảm bảo nhận được năng suất cùng độ nhạy cần thiết.

Hệ số tích lũy bức xạ B đặc trưng cho tán xạ trong vật kiểm gây ra ảnh hưởng rõ rệt

khi phát hiện khuyết tật

Hiệu quả ghi nhận Q của detector xác định khả năng phản ứng lại tác động của bức

xạ trong dải năng lượng và suất liều đã cho.

Khả năng phân giải R của detector đặc trưng cho tính năng phân biệt được khuyết

tật và chỉ thị trong vật kiểm. Nó được thể hiện bằng số các vạch nhìn thấy phân bố

đều trên một đơn vị chiều dài vật kiểm.

Độ nhạy tuyệt đối Wa được xác định bằng kích thước (chiều dài hoặc thể tích) nhỏ

nhất của khuyết tật phát hiện được hoặc theo bộ chuẩn. Đơn vị là mm hoặc mm3 .

Độ nhạy tương đối Wr là tỉ số giữa kích thước (Δδ hoặc ΔV) nhỏ nhất của khuyết tật

phát hiện được với chiều dày δ hoặc thể tích V của vật kiểm (%). Có thể tính độ nhạy

tương đối theo bộ chuẩn.

Độ nhòe hình ảnh (hoặc là độ không nét) U là khả năng phân biệt nét và đường viền

các phần với khuyết tật trên film hay trên màn hình. Giá trị này được đặc trưng bằng

chiều rộng giao diện từ tối sang sáng và tính bằng mm.

Độ tương phản hình ảnh Ci của khuyết tật trên film hay trên màn hình là sự khác

nhau về mật độ quang học giữa hai vùng kế cận. Nó được đặc trưng bằng tỉ số giữa

hiệu số độ chói sáng Ld - chỗ khuyết tật và Lv – chỗ không có khuyết tật với độ chói

sáng Ld được tính theo phần trăm:

Cg = (Ld – Lv)/ Lv *100%

II.5.2. Đặc điểm các thông số kiểm tra cơ bản

Thay đổi suất liều chiếu của các thiết bị tia X và máy gia tốc electron bằng cách điều

chỉnh dòng và điện áp cung cấp, như thế cũng làm thay đổi phổ năng lượng bức xạ.

Với nguồn đồng vị phóng xạ phổ năng lượng bức xạ được xác định theo tính chất

của từng đồng vị. Suất liều chiếu phụ thuộc vào hoạt độ tổng của đồng vị đặt trong

nguồn. Nâng cao suất liều chiếu chỉ có thể bằng cách tăng kích thước đồng vị phóng

xạ (nhân nguồn). Điều này tuy làm tăng năng suất kiểm tra nhưng hình ảnh bị nhòe

và khó phát hiện khuyết tật. Ngoài ra đối với nguồn năng lượng thấp (ví dụ Tm-170)

việc tăng kích thước nhân nguồn dẫn đến thay đổi phổ năng lượng do tự hấp thụ các

thành phần năng lượng thấp bởi vật liệu nhân nguồn.

Có thể tăng suất liều chiếu của nguồn bằng cách tăng hoạt độ riêng, mà được đặc

trưng bằng số lượng đồng vị trong một đơn vị thể tích (khối lượng) nguồn. Hoạt độ

riêng của đồng vị phụ thuộc vào mật độ dòng neutron, mà trong đó nguồn chịu sự

hoạt hóa; phụ thuộc vào tiết diện ngang vĩ mô của tương tác neutron với đồng vị và

phụ thuộc vào sự tự hấp thụ bức xạ do vật liệu nhân nguồn. Chính thế nên hoạt độ

riêng chỉ có giá trị giới hạn. Về cơ bản nó được xác định bởi mật độ dòng neutron của

lò phản ứng đạt được 1011 – 1015 n.cm-2.s-1 và thời gian hoạt hóa mà khi đó đồng vị bị

các neutron trong kênh của lò phản ứng chiếu vào.

Chu kỳ bán rã là thông số bổ sung của nguồn cần được tính đến khi dùng. Thông số

này xác định thời gian thay nguồn cũng như chi phí mua và chôn lấp...

Hệ số suy giảm bức xạ tuyến tính μ tỉ lệ nghịch với khả năng đâm xuyên của bức xạ

và tỉ lệ với khả năng phát hiện khuyết tật. Cho nên để phát hiện các khuyết tật kích

thước nhỏ phải sử dụng bức xạ tia X và γ năng lượng thấp hay bức xạ hãm năng

lượng cao của máy gia tốc với giá trị μ lớn. Trong trường hợp này khi có khuyết tật

nhỏ dẫn đến sự thay đổi đáng kể cường độ bức xạ.

Để đảm bảo năng suất chụp cao cần dùng bức xạ năng lượng cao hoặc dùng máy gia

tốc bức xạ hãm năng lượng thấp với giá trị μ nhỏ và quãng chạy tự do của photon

trong vật chất lớn. Các bức xạ này có khả năng đâm xuyên lớn và bị hấp thụ ít hơn

nhiều so với bức xạ có giá trị μ lớn nên cường độ bức xạ ghi nhận được ít thay đổi.

Do hiệu ứng quang điện và tán xạ compton, các electron và photon thứ cấp bị lệch

khỏi hướng của chùm bức xạ sơ cấp khá nhiều dẫn đến phát hiện khuyết tật khó hơn.

Trong các máy gia tốc hình thành quá trình tạo cặp electron-positron góc lệch được

giảm đáng kể. Các tán xạ này tạo thành các ảnh ẩn làm độ nhạy giảm đi rất ít.

Độ nhòe hình ảnh U trên màn hình hoặc trên film được xác định bởi tác động của các

yếu tố sau:

Độ nhòe hình học Ug xuất hiện do nhân nguồn không phải là một điểm

Độ nhòe cố hữu Ui của vật liệu ghi nhận, được xác định bởi tán xạ ion hóa lên

film và phụ thuộc vào năng lượng của nó.

Độ nhòe tán xạ Us gây ra do tán xạ không chỉ trong vật liệu ghi nhận mà còn cả

tán xạ trong vật kiểm.

Độ nhòe dịch chuyển Um gây ra do sự dịch chuyển tương đối giữa nguồn, vật

kiểm, film trong khi chụp.

Độ nhòe hình ảnh tổng cộng là U=

Độ tương phản Ci của khuyết tật trên film hoặc màn hình được xác định bằng hai

yếu tố:

Độ tương phản vật kiểm là tỉ số giữa cường độ bức xạ truyền qua tại hai vùng nào

đó của vật. Nó tỉ lệ với sự chênh lệch mật độ ρ và nguyên tử số Z của vật liệu, cũng

như thay đổi chiều dày. Nó tỉ lệ nghịch với năng lượng bức xạ.

Độ tương phản detector (film hoặc màn hình) được đặc trưng bằng sự thay đổi độ

đen của film hay sự chói sáng của màn hình khi liều chiếu khác nhau tác động lên

đó. Detector mà có độ tương phản cao hơn thì khi chụp cùng liều sẽ có độ tương

phản đen/trắng lớn hơn. Loại detector có tổ chức hạt mịn thì độ tương phản cũng

tốt. Ngoài ra quá trình xử lý film hoặc chỉnh màn hình sẽ làm thay đổi độ tương

phản.

Cuối cùng độ nhạy W của kiểm tra bằng bức xạ là tổng hợp tất cả tác động của các

thông số trên.

III. KIỂM TRA BẰNG CHỤP ẢNH BỨC XẠ

III.1. Phân loại

Trong thực tế chụp ảnh công nghiệp, tùy theo loại ghi nhận mà người ta chia làm hai

nhóm cơ bản: chiếu trực tiếp và dời hình ảnh.

III.1.1. Phương pháp chiếu trực tiếp

Đây là phương pháp cơ bản và phổ biến nhất trong chụp ảnh mà thực tế sử dụng tất

cả các loại nguồn bức xạ ion hóa. Nguồn phát bức xạ qua vật kiểm đến film. Khi bức

xạ đến tương tác với lớp nhũ tương trong film sẽ tạo thành ảnh ẩn, ảnh ẩn chỉ được

nhìn thấy sau quá trình xử lý (tráng film). Để rút ngắn thời gian chiếu chụp người ta

kẹp film vào các màn tăng cường bằng chì, muối và huỳnh quang. Mặc dù đã có film

màu nhưng do độ nhạy phát hiện khuyết tật không hơn đáng kể lại thêm chi phí đắt

nên trong công nghiệp vẫn chỉ dung các loại film đen trắng.

III.1.2. Phương pháp dời hình ảnh

Phương pháp này được dùng để chụp ảnh neutron, lúc đầu ảnh ẩn nhận được ở màn

hoạt hóa trung gian bằng kim loại đặt sau vật kiểm. Sau đó ảnh ẩn này được chuyển

đến film rồi đặt film lên màn kim loại.

Một kiểu khác trong đó người ta dùng tấm bán dẫn thay thế vị trí film làm tác nhân

mang ảnh ẩn. Tấm này được phủ một lớp bột selenium và được nạp tĩnh điện trong

phòng tối. Đặt tấm sau vật kiểm và chiếu chùm bức xạ ion hóa vào, điện tích phân rã

tỉ lệ với lượng bức xạ và do đó tạo thành một ảnh ẩn. Để ghi nhận hình ảnh nhìn thấy

ngườì ta dùng giấy ảnh thường mà trên đó hình ảnh hiện lên nhờ chất màu khô.

Phương pháp này được gọi là Xeroradiography.

(i). Chụp ảnh neutron:

Phương pháp mới này có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác:

Có thể kiểm tra được khuyết tật trong các vật liệu nặng hoặc nhẹ có nguyên tử

số Z cao hoặc thấp.

Có thể phân biệt được hai nguyên tố hoặc đồng vị cạnh nhau với các thuộc tính

tương đương.

Có khả năng phát hiện được khuyết tật trong các sản phẩm phóng xạ với nền

bức xạ gamma cao, bằng cách dùng phương pháp dời hình ảnh từ màn kim loại

kích hoạt trong dòng neutron và không nhạy cảm với bức xạ γ đến film.

Những ưu điểm này cho phép phát hiện được khuyết tật trong liên kết hàn, các bình

chứa hydro, bo, lithium, cadmium....cũng như trong các vật liệu nặng làm bức xạ tia

X, tia γ suy giảm mạnh như chì, wolfram, uranium... Chụp neutron còn được dùng để

kiểm tra kết quả lắp ráp các cụm và kết cấu hàn bằng các kim loại nặng đựng trong

vỏ làm bằng vật liệu nhẹ như bom, bình chứa hóa chất. Nhờ chụp neutron người ta

kiểm tra được mức độ nhiên liệu cháy hoàn toàn trong các thành phần tỏa nhiệt

phóng xạ của lò phản ứng đang vận hành, kể cả độ kín của đầu bọc nhân nguồn bức

xạ đã nói ở trên...

Tuy dùng neutron nhiệt để chụp là tốt nhất, nhưng không có nguồn phát neutron

nhiệt. Do đó phải làm chậm neutron nhanh trong môi trường thích hợp. Lý thuyết

chứng tỏ rằng các nguyên tố có nguyên tử số Z nhỏ chứa hydro (H2O, D2O, dầu

paraffin), beryllium hoặc graphite được dùng làm môi trường làm chậm khá tốt.

Nguồn neutron nhanh thường được đặt tại tâm môi trường làm chậm. Từ nguồn dòng

neutron hướng đến đỉnh với khoảng cách gần. Những neutron này chuyển động theo

mọi hướng trong môi trường và phải được nhằm vào bộ phận làm chậm bằng

collimator. Cách đơn giản nhất để chuẩn trực là dùng các ống dài hơi loe bằng vật

liệu hấp thụ neutron cao như Cd hoặc B. Chỉ có các neutron chạy dọc tâm ống thì

thoát ra ngoài còn các neutron khác bị thành ống hấp thụ (h.VII.27)

Hình VII.27. Máy chụp neutron xách tay

Những cách sau được sử dụng để ghi nhận hình ảnh khi kiểm tra chụp ảnh bức xạ

bằng neutron:

Dùng một lá vàng để ghi nhận hình ảnh dưới dạng hoạt độ phóng xạ được tạo ra.

Hình ảnh này có thể được chuyển sang film bằng cách dùng kỹ thuật chụp ảnh bức

xạ tự động. Có thể thay thế vàng bằng một số vật liệu thích hợp khác.

Neutron truyền qua vật kiểm sẽ tương tác với một chất nhấp nháy. Những ánh sáng

nhấp nháy sẽ chiếu lên film đang được đặt tiếp xúc với bản nhấp nháy.

Ngày nay hầu như các trung tâm hạt nhân đều dùng phương pháp chụp ảnh bằng

chùm neutron được lấy từ lò phản ứng. Chụp neutron dần dần đã được chấp nhận như

là một phương pháp KTKPH mới. Chúng được dùng trong công nghệ hạt nhân, thiết

bị bắn pháo hoa giải trí, trong hàng không vũ trụ.... và tất nhiên là trong công nghệ

hàn (hàn Zr hoặc Ti). Có cả máy phát cố định và camera di động với nguồn Cf-252

dành cho các công việc cụ thể. Triển vọng của phương pháp này đang trở nên sáng

sủa, chỉ có hai vấn đề cần quan tâm là phát triển các nguồn thích hợp và thiết lập các

tiêu chuẩn kiểm tra.

(ii). Phương pháp xeroradiography

So với chụp ảnh dùng film phương pháp chụp ảnh bức xạ “khô” này rất nhanh, giảm

đáng kể chi phí khi giữ độ nhạy, nó gần giống với ảnh thật.

Tấm được phủ một lớp bột selenium hoạt động giống như một tụ điện và được làm

tăng nhạy hoặc nạp điện từ một thiết bị nạp điện thích hợp trong phòng tối (h.VII.

28). Để nạp điện tấm được kẹp trên bàn trượt di chuyển qua bộ phận nạp dưới điện áp

5 – 10 kV. Trong quá trình dịch chuyển giữa các dây dẫn và đệm nối đất xuất hiện sự

phóng điện quầng sáng tạo nên các ion. Các ion phân bố đều trên bề mặt lớp nhạy, tại

đó điện thế của tấm đạt đến 600 V. Thời gian phóng điện từ 10 – 15 s.

Tấm tích điện được đặt trong một cassette bảo vệ để ngăn chiếu xạ hoặc ánh sáng, bề

mặt tấm có phủ lớp bột selenium được đặt hướng về mẫu vật được chụp ảnh. Điện

tích có thể duy trì trong tấm hơn 24 giờ tuỳ thuộc vào các đặc tính của tấm. Khi chiếu

qua vật kiểm, bức xạ ion hóa sẽ gây ra sự mất điện tích, tỉ lệ với cường độ chiếu vào.

Sự mất điện tích này tạo ra quá trình hút “bột hiện” khác nhau hình thành ảnh ẩn trên

tấm. Nguồn bức xạ chủ yếu là máy phát tia X rất ít khi dùng nguồn đồng vị.

Để nhận được ảnh nhìn thấy, sau khi chụp không quá 1 giờ (lâu quá sẽ bị biến hình

và mờ) phải xử lý cho hiện ảnh. Hiện ảnh là làm lắng các hạt bột hiện màu khô hoặc

ướt lên lớp nhạy cảm, số hạt trên một đơn vị bề mặt tỉ lệ với mật độ điện tích còn lại.

Khi lắng xuống bột hiện được nạp điện do hiệu ứng điện ma sát. Chúng được giữ trên

bề mặt tấm bằng các lực tĩnh điện có giá trị tỉ lệ với điện tích của tấm và các hạt.

Hỗn hợp bột hiện gồm các phần tử phấn màu mịn từ 1 – 20 μm trộn cùng các hạt thô

200 – 300 μm đảm bảo nạp điện ma sát.

Hình VII.28. Bộ phận nạp điện

xeroradiography

Hình VII.29. Bộ phận hiện

xeroradiography

(Cả hai hình): 1)- tấm; 2)- bàn trượt; 3)- bộ nạp; 4)- camera; 5)- dây; 6)- khoang

chứa; 7)- đệm; 8)- cassette; 9)- hộp; 10)- điện cực; 11)- bột; 12)- bộ rung; 13)- giấy

ảnh; 14)- băng chuyển; 15)- làm sạch.

Bột hiện được rắc lên bề mặt tấm từ hộp kín dưới dạng đám mây khi tấm đi qua bộ

rung (h.VII.29). Các phần tử đi qua điện cực tròn được đặt giữa bộ rung và tấm. Dưới

điện áp 12 kV các hạt điện tích âm được tách ra và bám vào điện cực. Các hạt điện

tích dương ở trạng thái lơ lửng rồi bám vào tấm. Bột hiện được chuyển từ tấm sang

giấy ảnh bằng phương pháp tiếp xúc và được hãm bằng aceton hoặc dung dịch khác.

Sau khi làm sạch và nạp điện lại thì tấm tiếp tục được sử dụng. Tấm được giữ kín

trong cassette và sử dụng cẩn thận sẽ có tuổi thọ từ 600 - 800 lần chiếu. Những ảnh

tạo ra có hình dáng ba chiều rất tốt và cho độ nhạy cao với các vật liệu có hệ số hấp

thụ bức xạ thấp. Độ nhạy không kém so với chụp film hạt mịn, vật chỉ thị chất lượng

ảnh nhỏ hơn 2% với nhôm dày tới 50 mm.

Nhược điểm của phương pháp này là không chụp được vật có biên dạng phức tạp vì

không thể uốn được tấm; lớp selenium chóng hỏng làm hình ảnh đen hơn và độ nhạy

tương phản bị giảm.

III. 2. Các dạng ghi nhận ảnh

III.2.1. Film chụp ảnh bức xạ

Kỹ thuật chụp ảnh bức xạ là dùng các chùm tia bức xạ như tia X hoặc gamma chiếu

qua vật kiểm rồi ghi lại trên film. Sau khi chiếu qua, film sẽ được xử lý (in tráng) để

nhìn được dưới ánh sáng thường. Các yếu tố như nguồn bức xạ, loại film, màn tăng

cường, thời gian chiếu, quá trình xử lý... sẽ ảnh hưởng đến chất lượng film chụp.

(i). Cấu tạo

Film chụp ảnh bức xạ gồm có (h.VII.30) lớp nền được làm bằng polyester, dẻo dễ

uốn, trong suốt, nhẹ bền và trơ với các chất hoá học. Hai mặt của lớp nền này được

phủ lớp nhũ tương là các hạt tinh thể muối AgBr rất mịn thêm một lượng nhỏ iodide

bạc phân bố đều trong lớp gelatine và chất dính kết. Mỗi hạt tinh thể gồm 2 ¸100

phân tử AgBr. Lớp nhũ tương này phản ứng với bức xạ truyền qua vật kiểm làm thay

đổi thông số. Đây chính là lớp quan trọng nhất của film, tạo ảnh khi chụp. Ngoài ra

film có khả năng liên kết ghi nhận dòng bức xạ thấp sau thời gian chiếu khá lâu trong

dải năng lượng rộng. Lớp bảo vệ là lớp gelatine mỏng, được làm cứng để bảo vệ lớp

nhũ tương bên trong.

Hình VII.30. Cấu tạo film chụp bức xạ: 1 – Lớp nền (175¸200 μm) ; 2 – Lớp

nhũ tương (10¸15 mm) ; 3 – Lớp bảo vệ (1mm) ; 4 – Lớp dính kết

Khi chiếu tia bức xạ có năng lượng hν vào film trong các tinh thể AgBr xảy ra sự

thay đổi cấu trúc vật lý của hạt và hiện lên ảnh ẩn. Khi film được xử lý trong dung

dịch hoá học (thuốc hiện) thì xuất hiện một phản ứng giải phóng các hạt bạc kim loại

nhỏ li ti màu đen. Các hạt bạc này nằm lơ lửng trong lớp gelatine rồi lắng xuống. Sau

khi xử lý tráng rửa film ảnh ẩn trở nên hình ảnh thấy được.

(ii). Đặc trưng của film chụp ảnh bức xạ 

Film được sản xuất do nhiều hãng khác nhau nhằm đáp ứng được những yêu cầu đa

dạng. Mỗi loại film phù hợp vơi những yêu cầu kỹ thuật nhất định và chúng được chỉ

định bởi các tình huống kiểm tra như: Mẫu vật kiểm tra; loại bức xạ được sử dụng;

năng lượng và cường độ của bức xạ; mức độ kiểm tra yêu cầu. Không một loại film

nào có khả năng đáp ứng được tất cả những yêu cầu đặt ra, do đó các hãng sản xuất ra

những loại film có đặc trưng khác nhau. Việc lựa chọn film là quá trình kết hợp giữa

kỹ thuật chụp ảnh bức xạ và đặc trưng của film để đạt được kết quả mong muốn.

Những tiêu chí khi chọn film là: tốc độ, độ tương phản, dải chiều dày thay đổi rộng

(lattitude) và độ hạt, bốn thông số này có quan hệ mật thiết với nhau. Film có kích

thước hạt lớn thì tốc độ cao hơn so với film hạt mịn hơn. Cũng như vậy, loại film có

độ tương phản cao thường có kích thước hạt mịn hơn và có tốc độ chậm hơn so với

film có độ tương phản thấp. Cần lưu ý, độ hạt có ảnh hưởng tới khả năng phân giải

chi tiết hình ảnh. Nếu độ tương phản như nhau, thì film hạt mịn sẽ có khả năng phân

giải cao hơn loại film hạt thô.

(iii). Độ đen

Film có mật độ quang học (độ đen) D được định nghĩa như là mức độ làm đen một

ảnh chụp bức xạ sau khi xử lý tráng rửa film. Ảnh chụp bức xạ càng đen thì ta nói

rằng độ đen của ảnh chụp bức xạ càng lớn.

Một cách định lượng thì độ đen D = lg(L0/Lt)

Trong đó : L0 - cường độ ánh sáng tới film.

Lt - cường độ ánh sáng truyền qua film.

Tỉ số L0/Lt được gọi là độ cản sáng, ngược lại: It/I0 được gọi là độ truyền ánh sáng

qua ảnh chụp bức xạ.

Độ đen được đo bằng các dụng cụ dựa trên nguyên lý quang học hoặc tế bào quang

điện với dải đo D= 0,1÷5

(iv). Đường cong đặc trưng

Nếu xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa độ đen D phụ thuộc vào logarit liều

chiếu tương đối lgX, thì nhận được đường cong đặc trưng (đường cong độ nhạy hoặc

đường cong D&H) với điều kiện đã cho sau khi xử lý (h.VII.31).

Hình VII.31. Đường cong đặc trưng điển hình của một film tia X: a)- loại trực tiếp;

b) - màn tăng cường huỳnh quang.

Đường cong đặc trưng có các tính chất

Không bắt đầu từ giá trị D =0, nghĩa là khi không bị chiếu thì film sẵn có một

giá trị độ đen nào đó nếu xử lý tráng rửa. Giá trị này được gọi là độ mờ. Đó là do

nền film không hoàn toàn trong suốt cũng như độ mờ hóa học của nhũ tương trên

film.

Có vùng chân nơi các đường cong bắt đầu đi lên (đoạn AB – vùng ì).

Có một khoảng gần như thẳng (đoạn CD – vùng sử dụng).

Có vùng chiếu quá liều (đoạn EF – vùng vai), ở đó D sẽ giảm xuống khi lgX tăng

lên. Vùng này thường xuất hiện khi D≥ 10, đối với loại film trực tiếp; khi D từ 2 –

3 với loại film dùng màn tăng cường.

(v). Tốc độ film

Tốc độ film là nghịch đảo liều chiếu toàn phần (tính bằng R-1) của một phổ bức xạ

đặc trưng mà có thể tạo ra một độ đen cho trước trên film.

Tốc độ film phụ thuộc vào kích thước hạt và năng lượng bức xạ. Film có hạt càng

thô thì có tốc độ càng cao. Tốc độ film giảm xuống khi năng lượng bức xạ tăng lên.

Để tiện lợi và hiệu quả thì người ta dùng đại lượng tốc độ film tương đối. Nó được

xác định bằng vị trí đường cong đặc trưng dọc theo trục lgX, tương ứng với đường

cong đặc trưng của những loại film khác.

Hình VII.32. Đường cong đặc trưng của

ba loại film công nghiệp tiêu biểu.

HìnhVII.33. Đường cong đặc trưng điển

hình cho film loại «trực tiếp».

Trong (h.VII.32) biểu diễn đường cong đặc trưng cho những loại film chụp ảnh bức

xạ khác nhau, nằm cách nhau theo trục lgX. Khoảng cách của những đường cong này

chỉ ra sự khác biệt về tốc độ tương đối – đường cong của các loại film có tốc độ

nhanh hơn nằm về phía bên trái. Từ những đường cong này sẽ cho ra giá trị độ đen cố

định có thể đọc được.

(vi). Độ tương phản

Độ tương phản film Gd hay là gradient của film là sự chênh lệch về độ đen giữa hai

vùng kế cận nhau trên film đã xử lý do sự thay đổi cường độ bức xạ. Xác định độ

tương phản với độ đen D nào đó bằng cách tìm độ dốc của đường cong tại giá trị độ

đen đó (h.VII.33).

Về mặt toán học độ tương phản tại một điểm

Gd= dD/d(lgX)

Thực tế tính toán theo độ tương phản trung

bình Gd=

Trong đó X1 và X2 là liều chiếu gây ra độ đen

tương ứng D1 và D2 tại hai điểm kế cận.

Độ tương phản Gd là một hàm số của độ đen D và liều chiếu X, nó phụ thuộc vào

kích thước. Quan hệ này thay đổi với các loại film khác nhau (h.VII.34).

HìnhVII.34. Quan hệ giữa độ tương phản với độ đen: A)- film dùng màn

muối; B)- flim trực tiếp có tốc độ trung bình; C)- film trực tiếp hạt mịn.

(vii). Độ nhạy quang phổ

Đối với film trực tiếp không dùng màn tăng cường, độ tương phản tăng khi độ đen

tăng. Sử dụng vùng độ đen cao cho phép tăng dải cường độ truyền lên mỗi film, cũng

như giảm năng lượng bức xạ, điều này làm độ tương phản vật và độ nhạy tăng lên.

Tuy vậy lúc đó lại phải dùng đèn đọc có độ chói sáng cao để giải đoán!

Vì độ đen Dδ của film trực tiếp tỉ lệ với số hạt hiện hình, còn liều chiếu X được xác

định bằng số lượng tử (photon) đến film, nên có thể viết:

Dδ= Dmax[1 – (-kX)] (7.11)

Trong đó : k – hằng số độ nhạy của film, phụ thuộc vào loại film, năng lượng bức

xạ và thời gian chiếu (kg/C hoặc R-1)

Dmax – độ đen lớn nhất với điều kiện tất cả các hạt tinh thể AgBr chuyển

thành bạc kim loại. Giá trị Dmax tỉ lệ với số lượng bạc trên một đơn

vị diện tích, phụ thuộc vào loại film và thời gian chiếu.

Đối với film sử dụng màn tăng cường bằng kim loại huỳnh quang, ta có quan hệ 

dưới dạng tương tự :

Ds= Dmax (7.12 )

Độ nhạy quang phổ Q của film là khả năng

nhận được độ đen khác nhau của hình ảnh trên

film sau khi chiếu bức xạ ion hóa ở mức năng

lượng khác nhau với cùng liều chiếu. Trong

thực tế độ nhạy quang phổ Q được đặc trưng

bằng giá trị nghịch đảo liều chiếu X cần thiết để

nhận được độ đen D như nhau.

Hình VII.35. Quan hệ liều chiếu và năng lượng bức xạ khi độ đen bằng 1

Film có độ nhạy quang phổ cao nhất trong vùng năng lượng từ 40 – 50 keV, khi năng

lượng vượt quá 300 keV thì độ nhạy hầu như không đổi (h.VII.35). Đối với film trực

tiếp, độ nhạy quang phổ được xác định theo công thức:

Q= 1/X= 0,4343.k*lg (9.13)

(viii). Khả năng phân giải

Như đã nói khả năng phân giải được đặc trưng bằng số lượng riêng biệt của các

vạch mảnh như nhau trên chiều dài 1 mm (hoặc số lượng điểm pixel). Hai yếu tố ảnh

hưởng đến khả năng phân giải của film là độ hạt và sự tác động của các electron thứ

cấp.

Độ hạt là một điều kiện chủ quan gây ra bởi sự thăng giáng thống kê theo số hạt

bạc được hiện trên một đơn vị diện tích của film đang quan sát. Độ hạt phụ thuộc vào

loại film; năng lượng bức xạ dùng để chụp; thời gian hiện; loại màn tăng cường.

Sự tác động của những electron thứ cấp được tạo ra bởi quá trình hấp thụ năng

lượng của lượng tử tia X hoặc tia gamma. Các electron thứ cấp chiếu vào các hạt nhũ

tương nằm gần với các hạt mà ban đầu chúng hấp thụ lượng tử sơ cấp. Sự khuếch tán

của những electron này là nguyên nhân làm mờ ảnh. Hiệu ứng này được gọi là độ

nhòe nguyên thủy của phim Uf. Khi năng lượng của bức xạ tăng lên sẽ làm tăng độ

nhòe nguyên thủy của film do động năng của các electron thứ cấp tăng lên. Bảng

VII.7 cung cấp những giá trị độ nhòe đo được trên các loại film trực tiếp trên những

dải năng lượng bức xạ khác nhau.

Bảng VII.7 Độ nhòe của film ở những dải năng lượng bức xạ khác nhau

Bức xạ (đã được lọc) Độ nhòe Uf (mm)

Bức xạ tia X 50 kV 0,03

Bức xạ tia X 100 kV 0,05

Bức xạ tia X 300 kV 0,12

Bức xạ tia X 1000 kV (1MV) 0,24

Bức xạ tia X 8 MV 0,60

Bức xạ tia X 31 MV 0,97

Bức xạ tia γ Iridium – 192 0,13

Bức xạ tia γ Caesium – 137 0,28

Bức xạ tia γ Cobalt – 60 0,35

(ix). Phân loại

Film có thể được chia thành ba nhóm (bảng):

Nhóm trực tiếp được dùng khi không có màn huỳnh quang hoặc dùng với màn tăng

cường bằng kim loại huỳnh quang, cũng có thể sử dụng màn tăng cường bằng chì. Độ

tương phản tăng khi độ đen tăng. Do lớp phủ nhũ tương nhiều nên nó hấp thụ hiệu

quả các tia bức xạ trực tiếp và đen hơn loại khác.

Nhóm có màn được dùng với màn tăng cường bằng muối do chúng có độ nhạy ánh

sáng nhìn thấy và tia cực tím cao. Chúng có khả năng ghi nhận được ảnh chụp bức xạ

với liều chiếu nhỏ, nhưng độ phân giải lại thấp

Nhóm gồm các loại film như fluorographic, film chụp răng, film ghi nhận lượng

bức xạ tích lũy của người thao tác, «giấy» tia X. Chúng có những chức năng đặc biệt.

III.2.2. Tấm xeroradiography

Ở phương pháp dời hình ảnh người ta sử dụng tấm bán dẫn, mà nó phản ứng với

bức xạ tia X, tia γ xuyên qua vật kiểm dưới dạng thay đổi các thông số của điện

trường. Sự thay đổi này được đánh dấu trên bề mặt tấm bằng giá trị điện tích và tạo

nên ảnh tĩnh điện ẩn bên trong cấu trúc thô của vật kiểm. Điện tích tỉ lệ với cường độ

bức xạ. Thực chất của tấm xeroradiography là bộ chuyển đổi trung gian các thông tin

bức xạ trong ảnh tĩnh điện, để mang sang rồi cố định lại trên giấy nhờ bột hiện màu

(h.VII.36).

Hình VII.36. Tiết diện tấm xeroradiography

Cấu tạo của tấm xeroradiography là một tấm nền dẫn điện được đánh bóng (nhôm,

đồng, thủy tinh hoặc giấy được phủ lớp dẫn điện), mà bề mặt được phủ bằng lớp bán

dẫn (selenium vô định hình, lưu huỳnh, antracen...). Lớp nhạy được đưa vào trong

chân không. Điện trở suất của lớp bán dẫn từ 1012 – 1015 Ω.cm trước khi chiếu và từ

107 – 1013 Ω.cm khi chiếu bức xạ tia X hoặc γ.

Khả năng phân giải của tấm xeroradiography về mặt lý thuyêt không hạn chế vì

trường tĩnh điện không có độ hạt, còn thực tế nó được xác định bằng độ lớn hạt của

chất hiện và phương pháp xử lý. Với phương pháp xử lý khô độ phân giải đạt được

60 vạch/mm, với phương pháp ướt được 120 vạch/mm. Tuy nhiên trong thực tế với

các loại tấm được sản xuất cùng quá trình dời ảnh, nó không vượt quá 20 vạch/mm

(so với 70 – 140 vạch/mm của chụp film). Tấm xeroradiography dùng với màn tăng

cường bằng kim loại huỳnh quang được kẹp giữa lớp nhạy và tấm nền.

III.2.3. Màn chuyển đổi kích hoạt kim loại

Khi chụp bằng neutron nhiệt và trung gian dùng phương pháp dời hình ảnh người ta

dùng màn chuyển đổi, mà nó phản ứng với dòng neutron xuyên qua vật kiểm dưới

dạng tạo nên hoạt tính từ, tỉ lệ với dòng neutron và có chu kỳ bán rã khá lớn. Các

màn này đảm bảo khuếch đại thông tin. Bản chất của màn chính là bộ chuyển đổi

thông tin neutron trong ảnh ẩn hoạt hóa để sau đó dời sang film. Ưu điểm của các

màn này là chúng không nhạy với bức xạ γ kèm theo mà nguồn phát γ có khi chính là

vật kiểm. Vật liệu để làm nguồn thường được sử dụng là In-115 (σ=157 barn, T1/2=54

min), Au-197 (σ=98,8 barn, T1/2=2,7 ngày), Rh-103 (σ=11 barn, T1/2= 4÷5 min), Dy-

164 (σ=800 barn, T1/2= 140 min)...

Indium đảm bảo nhận được ảnh sau 5 – 10 ph khi cường độ dòng phản ứng neutron

nhiệt 105 cm-2.c-1, còn dysprosium – khi cường độ chỉ 6.103 cm-2.c-1. Vàng không

thuận lợi do chu kỳ bán rã quá lớn, nhưng nó kết quả tốt hơn theo khả năng phân giải.

Rhodium cơ bản bị thay đổi khi dùng chùm phản ứng với cường độ dòng 5.106 cm-2.c-

1 và độ nhạy của film cao.

III.2.4. Màn tăng cường

Mức độ ghi nhận trên film khi chụp phụ thuộc vào giá trị năng lượng bức xạ mà

lớp nhũ tương trên film hấp thụ. Quá trình này chỉ cần khoảng 1% lượng bức xạ

xuyên qua vật kiểm để tạo ảnh.

Những màn tăng cường được dùng với mục đích rút ngắn thời gian chiếu chụp do

chúng phát ra các chùm electron hoặc huỳnh quang tạo ra quá trình chụp ảnh phụ tác

động lên lớp nhũ tương của film. Ngoài ra chúng

đảm bảo phát hiện khuyết tật tốt hơn. Tác động

tăng cường của màn được đặc trưng bằng hệ số

tăng cường – là tỉ số giữa thời gian chụp không

màn với thời gian chụp có màn trong cùng điều

kiện.

Màn kim loại – Tác động tăng cường của màn

kim loại khi chiếu trực tiếp được xác định bằng các electron thứ cấp được tạo nên

trong màn khi bức xạ ion hóa xuyên qua. Các vật liệu thường được dùng làm màn là

lá bằng kim loại nặng (thiếc, chì, wolfram), vì chúng cho hệ số tăng cường cao

(h.VII.37).

Hình IX.37. Quan hệ giữa hệ số tăng cường với màn bằng các vật liệu

Đối với mỗi nguồn bức xạ ion hóa phải chọn màn phụ thuộc vào năng lượng của nó.

Ví dụ với bức xạ roentgen năng lượng dưới 120 keV thì dùng màn thiếc, wolfram là

thích hợp ; với bức xạ roentgen trên 120 keV hoặc tia γ – dùng wolfram, chì.

Chiều dày của màn cần phải bằng chiều dài quãng chạy lớn nhất của electron thứ cấp

trong đó. Việc thay đổi chiều dày của lá kim loại dẫn đến việc giảm hệ số chuyển đổi

năng lượng bức xạ thành động năng của electron thứ cấp, hoặc làm giảm cường độ

bức xạ thứ cấp, do đó làm giảm tác dụng tăng cường của màn. Trong công nghiệp đã

chế tạo nhiều loại màn tăng cường khác nhau. Các màn này là các lá chì mỏng 0,05 –

0,5 mm, chúng được đựng trong cassette chất dẻo mềm.

Màn huỳnh quang - Tác động tăng cường của màn huỳnh quang được dùng khi

chiếu trực tiếp được xác định bằng tác động của các photon nhìn thấy, cực tím và

hồng ngoại của phổ được chiếu từ muối phát quang khi bức xạ ion hóa qua chúng.

Các muối phát quang được sử dụng là ZnS, CdS, BaSO4, PbSO4, CaWO4... Màn

huỳnh quang được chế tạo dưới dạng các tấm bằng bìa hay chất dẻo, trên đó có phủ

chất phát quang. Các màn này được sử dụng cho film dùng màn, vì độ nhạy quang

phổ của nhũ tương trên film với phổ chiếu màn hình tương thích với nhau.

Khi chụp có dùng màn huỳnh quang thì liều chiếu nhỏ nhất (h.IX.3.25), còn độ nhạy

khi dùng màn kim loại tốt hơn khi dùng màn huỳnh quang (h.IX.3.26 KKS). Nếu

dùng màn huỳnh quang có độ hạt của muối phát quang thô thì độ nhạy kém đi.

Hình VII.38. Quan hệ giữa liều chiếu với

chiều dày khi dùng nguồn và màn khác nhau

Hình VII.39. Quan hệ giữa độ nhạy với

chiều dày thép khi dùng các kiểu màn.

Màn kim loại huỳnh quang - là sự kết hợp giữa màn tăng cường bằng kim loại

và màn tăng cường bằng muối, tạo ra cả hiệu ứng phát xạ electron và phát huỳnh

quang. Chúng gồm lớp nền bằng bìa cứng hoặc chất dẻo dễ uốn được phủ lên một lớp

chì mỏng và một lớp muối phát quang hạt mịn. Các màn tăng cường này có hệ số

tăng cường lớn hơn màn kim loại và độ nhạy tốt hơn màn huỳnh quang. Chúng

thường được sử dụng với loại film trực tiếp có độ tương phản cao và kích thước hạt

mịn tạo ra quá trình tăng cường có thể làm giảm được liều chiếu xuống đến 9 lần,

nhưng không làm độ nhạy giảm nhiều.

Trong thực tế chụp ảnh người ta dùng màn tăng cường kép dưới dạng tấm trước và

sau, còn film đặt vào giữa. Màn kim loại đằng sau không những làm hệ số tăng

cường tăng mà còn làm giảm ảnh hưởng của tán xạ lên film. Chiều dày màn kim loại,

cũng như cũng như vật liệu phát quang và hàm lượng của chúng trong thành phần của

màn huỳnh quang được chọn tùy theo năng lượng bức xạ. Hệ số tăng cường giảm khi

tăng chiều dày vật kiểm.

Tác động tăng cường của màn khi chụp ảnh neutron nhiệt và trung gian bằng

cách chiếu trực tiếp dựa vào tính chất các vật liệu bức xạ ra các lượng tử γ thứ cấp,

hạt α hoặc là dòng photon của ánh sáng nhìn thấy, mà cường độ của chúng tỉ lệ với

dòng neutron xuyên qua các vật liệu này. Ngoài ra người ta sử dụng các vật liệu có

khả năng bị kích hoạt nhanh trong dòng neutron và có chu kỳ bán rã rất ngắn. Đó là

bạc Ag-109 (σ=91 barn, T1/2= 21 sec), Dy-164 (σ=2200 barn, T1/2= 85 sec). Với các

vật liệu có khả năng bức xạ ra các lượng tử γ thứ cấp là Cd-113 (σ=20000 barn), Sm-

49 (σ=41000 barn), Gd-155 (σ=61000 barn).

Các loại màn này được sử dụng cho film không màn. Khả năng phân giải tốt hơn

khi sử dụng các lá kim loại từ gadolinium Gd dày 12,5 – 25 mm có tiết diện tương tác

với netron nhiệt lớn. Các lá thường được đặt ở hai phía của film như vậy liều chiếu

được rút đi còn nửa so với đặt một phía. Các vật liệu bức xạ các hạt α thứ cấp hoặc

dòng photon của ánh sáng nhìn thấy là Li-6 (σ=910 barn) và B-10 (σ=3830 barn).

Người ta dùng các màn này cùng film chụp.

III.3. Phương pháp và kỹ thuật chụp ảnh bức xạ

III.3.1. Quan hệ hình học của quá trình tạo ảnh

Hình dạng của khuyết tật trên film đã xử lý chịu ảnh hưởng

bởi các yếu tố sau :

Hình dạng của khuyết tật.

Hướng khuyết tật so với hướng truyền của chùm bức xạ

và mặt phẳng của film.

Kích thước nguồn và khoảng cách từ nguồn đến khuyết

tật và film.

Vị trí khuyết tật trong vật kiểm.

HìnhVII.40. Bố trí nguồn, vật và film để tạo ra ảnh chụp bức xạ

(i) Hình dạng của khuyết tật :

Những khuyết tật có hình dạng khác nhau sẽ tạo nên những ảnh khác nhau, chẳng

hạn như rỗ khí sẽ có hình tròn, vết nứt có dạng đường v.v…

(ii) Hướng của khuyết tật so với hướng truyền của chùm bức xạ và mặt phẳng của

film :

Nếu chùm tia bức xạ không vuông góc hoặc nếu mặt phẳng của khuyết tật không

song song với mặt phẳng của film thì ảnh sẽ bị méo như mô tả trong (h.VII.41)

Hình VII.41. Ảnh hưởng của hướng chùm bức xạ: a)- vuông góc; b) xiên góc; c)-

film bị nghiêng.

Do sự biến dạng này mà đôi khi một khuyết tật nào đó tạo ra ảnh làm giải đoán, đánh

giá thành khuyết tật khác.

(iii) Kích thước của nguồn và khoảng cách từ nguồn đến khuyết tật/ film (h.VII.42)

Mọi điểm của nguồn AB đều phát bức xạ. Hình dáng ảnh tạo bởi khuyết tật hiện trên

film là kết quả của sự chồng liên tiếp các ảnh bóng từ từng điểm. Kết quả cuối cùng

là ảnh bóng bị khuếch tán xung quanh các đường biên. Như vậy ảnh bóng có thể

được chia thành hai phần :

Vùng bóng là vùng tia bức xạ xuyên qua khuyết tật đến film.

Vùng bán dạ (bóng mờ) là giao diện bị chiếu

một phần. Vùng này làm tăng độ nhòe hình

học của ảnh và là vùng không mong muốn

trong chụp ảnh bức xạ.

Theo định lý đồng dạng của hai cặp tam giác (ΔABC1 ~ ΔX1Y1C1) và (ΔABC2 ~

ΔX2Y2C2), trong hình trên có quan hệ:

(7.14)

Hình VII.42. Quá trình tạo ảnh khuyết tật bằng nguồn kích thước AB.

Trong đó :

XY - Kích thước vùng bán dạ, chính là độ nhòe hình học Ug.

AB - Kích thước nguồn (tiêu điểm phát tia bức xạ) d.

OF - Khoảng cách từ khuyết tật đến film, vì chiều dày hàn không lớn nên có thể coi

đó là chiều dày vật kiểm δ.

SF - Khoảng cách từ nguồn (tiêu điểm phát tia bức xạ) đến film F.

Phương trình (9.1 ) có thể được viết theo dạng các ký hiệu ở trên nghĩa là :

Ug= hoặc F= δ(1+d/Ug) (7.15)

Để chất lượng ảnh cao cần phải làmUg càng nhỏ càng tốt; theo phương trình (7.15) ta

thấy rằng Ug giảm khi: d giảm; F tăng lên; δ giảm xuống.

Do đó để giảm Ug hoặc để tăng độ nét của ảnh bóng thì:

Kích thước của nguồn (hoặc tiêu điểm phát bức xạ) càng nhỏ càng tốt.

Khoảng cách từ nguồn đến film lớn đến mức có thể.

Đặt film càng sát với vật kiểm càng tốt.

Hình ảnh của khuyết tật trên film có độ nét thích hợp khi vùng bán dạ có kích thước

là 0,25 mm. Đây là giá trị giới hạn trong quá trình kiểm tra nghiêm ngặt, vì dưới giới

hạn này mắt người không thể phát hiện được sự khác nhau về độ nét. Đối với quá

trình kiểm tra bình thường thì kích thước lên đến 0,5 mm.

Ngoài ra hình dáng của khuyết tật cũng ảnh hưởng đến độ nhòe hình học Ug (h.

VII.43)

Hình VII.43. Ảnh hưởng của hình dáng khuyết tật đến độ nhòe hình học

III.3.2. Chất lượng ảnh

(i). Độ nhạy – Theo định nghĩa thì độ nhạy tương đối Wr của quá trình phát hiện

khuyết tật có thể được xác định theo lý thuyết:

Wr = *100% (7.16)

Tuy nhiên trong thực tế do độ nhạy quá trình phát hiện khuyết tật là một hàm phức

tạp phụ thuộc vào các biến như kích thước, hình dạng, vị trí và hệ số hấp thụ tuyến

tính của khuyết tật, loại film được sử dụng, độ đen của ảnh nhận được... Nên không

thể tính hoặc tìm ra độ nhạy của quá trình phát hiện khuyết tật. Có thể xem rằng chỉ

tiêu chất lượng cơ bản của film đã xử lý chính là độ nhạy của quá trình phát hiện

khuyết tật và hiện nay có nhiều cách thích hợp có thể dùng để đo nó – đó là các bộ

chuẩn độ nhạy.

Quan hệ giữa độ nhạy tương đối với các thông số chiếu được xác định theo thực

nghiệm:

Wr = *100% (7.17)

Phương trình này đã tính đến ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau: hệ số suy giảm B

và μ; các thông số của film γD ; chiều dày vật kiểm δ; khả năng nhìn thấy của mắt

người ΔDmin – khác biệt độ đen tối thiểu mà mắt người phân biệt được. Tuy vậy nó

chưa tính đến độ nhòe hình ảnh U. Ảnh hưởng của độ nhòe làm cho độ nhạy tương

đối bị kém đi theo phương trình :

Với khuyết tật dạng mặt : Wr= *100%

Với khuyết tật dạng đường : Wr = *100%

Ở đây : Δb và de – chiều rộng và đường kính bộ chuẩn độ nhạy.

Các quan hệ này cho phép xác định mức độ gần đúng giá trị ảnh của khuyết tật nhỏ

nhất : khuyết tật dạng mặt – không ngấu, tách lớp, nứt tầng hoặc nứt ô ; khuyết tật

dạng đường – chuỗi rỗ khí hoặc lẫn xỉ... Trên (h.VII.44) chỉ ra ảnh hưởng của các

nguồn chiếu khác nhau đến độ nhạy. Qua các hình thấy rằng với mỗi nguồn chỉ chụp

được trong khoảng chiều dày vật liệu nhất định.

Hình VII.44. Quan hệ giữa độ nhạy và chiều dày: a)– Tia X và γ; (b)– Betatron 35

MeV

(ii). Chỉ thị chất lượng ảnh – Như đã nói độ nhạy của ảnh chụp bức xạ thường được

đo dưới dạng một số chuẩn nhân tạo mà không cần thật giống với khuyết tật nằm bên

trong vật kiểm. Vì vậy, có hai phương pháp được sử dụng phổ biến là :

Dùng các dây bằng vật liệu giống vật kiểm, đặt dây lên mặt trên vật khi chụp.

Đường kính nhỏ nhất của dây có thể nhìn thấy trên ảnh – đó là độ nhạy đánh giá.

Dùng một loạt lỗ khoan trong một tấm bằng vật liệu giống như vật kiểm và đặt lên

vật khi chụp. Độ nhạy được xác định theo đường kính lỗ khoan nhỏ nhất có thể nhìn

thấy trên ảnh chụp bức xạ.

Những mẫu này là các bộ dây đường kính khác nhau hoặc những mẫu bậc được

khoan nhiều lỗ, chúng được gọi là các bộ chỉ thị chất lượng ảnh (IQI) (h.VII.45).

Hình VII.45. Các dạng chỉ thị chất lượng ảnh: a)- dây; b)- bậc lỗ

Có hai loại chỉ thị chất lượng ảnh được sử dụng phổ biến trên thế giới. Một xuất xứ

từ Pháp, một từ Đức và Scadinavia. Viện Hàn Quốc tế (I.I.W.) đã kiến nghị những

loại IQI này là những mẫu IQI đạt Tiêu chuẩn Quốc tế. Những mẫu IQI này đã được

Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) chấp nhận và được ban hành trong kiến nghị của

ISO R1027 (1969) “Các bộ chỉ thị chất lượng ảnh, những nguyên lý và nhận dạng”.

IQI dạng dây : gồm những sợi dây thẳng (dài hơn 25 mm) bằng vật liệu giống vật

kiểm, với đường kính của các dây được chọn từ những giá trị cho trong bảng VII.8.

Sai lệch đường kính dây là ± 5%. Các dây song song được kẹp trong tấm

polyethylene có tính năng hấp thụ bức xạ tia X thấp. IQI phải có những kí hiệu nhận

dạng để chỉ ra vật liệu của dây và số dây.

Bảng VII.8 Các đường kính trong bộ IQI loại dây.

№ của dây Đường kính

(mm)

№ của dây Đường kính

(mm)

№ của dây Đường kính

(mm)

1 0,032 8 0,160 15 0,80

2 0,040 9 0,200 16 1,00

3 0,050 10 0,250 17 1,25

4 0,063 11 0,320 18 1,60

5 0,080 12 0,400 19 2,00

6 0,100 13 0,500 20 2,50

7 0,125 14 0,630 21 3,20

IQI dạng bậc và dạng lỗ: Các IQI loại này là một phần rời hoặc một nhóm bậc bằng

vật liệu giống như vật kiểm tra. Trên mỗi bậc có một hoặc nhiều lỗ khoan xuyên

qua. Đường kính lỗ bằng chiều dày của bậc và có các giá trị như trong bảng VII.9.

Bảng VII.9 Chiều dày bậc và đường kính lỗ (± 5%)

№ của bậc Đường kính và

chiều dày (mm)

№ của bậc Đường kính và

chiều dày (mm)

№ của bậc Đường kính và

chiều dày (mm)

1 0,125 7 0,500 13 2,00

2 0,160 8 0,630 14 2,50

3 0,200 9 0,800 15 3,20

4 0,250 10 1,00 16 4,00

5 0,320 11 1,25 17 5,00

6 0,400 12 1,60 18 6,30

Những bộ chỉ thị chất lượng ảnh ở hai dạng trên, được dùng phổ biến trong chụp ảnh

bức xạ trong công nghiệp. Tùy theo từng nước mà gộp lại theo từng bộ khác nhau.

Những bộ IQI phải được đặt đúng cách thì độ nhạy mới thể hiện chính xác.

III.3.3. Ảnh hưởng của bức xạ tán xạ

(i) Nguồn gốc và sự tác động của bức xạ tán xạ:

Khi chùm tia bức xạ tương tác với vật chất thì sẽ sinh ra bức xạ tán xạ, quá trình tán

xạ phát ra theo mọi hướng. Trong quá trình chụp các bức xạ tán xạ có thể sinh ra từ

chính bản thân vật kiểm, cassette, sàn, tường và bất kỳ các vật thể nào nằm trong

đường truyền của chùm tia bức xạ. Bức xạ tán xạ sẽ làm tăng độ nhòe, giảm độ tương

phản do đó làm cho ảnh chụp bức xạ có chất lượng kém (h.VII.46).

Thực tế cường độ tán xạ có thể lớn hơn cường độ bức xạ sơ cấp đến film. Ví dụ, khi

chụp mẫu nhôm dày 50 mm bằng bức xạ tia X, thì cường độ bức xạ tán xạ có thể

bằng 2,5 lần cường độ bức xạ sơ cấp đến film.

Quá trình tán xạ ảnh hưởng ít khi chụp mẫu bằng vật liệu nhẹ với năng lượng thấp

(40 - 100 keV). Tuy nhiên, khi kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ có năng lượng từ 100

đến 200 keV và các vật bằng kim loại nặng, thì quá trình tán xạ có thể gây ảnh hưởng

nghiêm trọng. Ngoài ra, lượng bức xạ tán xạ sinh ra cũng phụ thuộc vào hình dạng

của mẫu vật.

Hình VII.46. Sơ đồ những nguồn sinh ra

bức xạ tán xạ khi chụp ảnh bức xạ

Hình VII.47. Sơ đồ biểu diễn cách sử

dụng màn chắn chuẩn trực.

(ii) Biện pháp khắc phục bức xạ tán xạ

Dùng tấm chì đặt sau film và vật kiểm để giảm tán xạ phát sinh từ sàn nhà.

Sử dụng bộ chuẩn trực (collimator) đặt ngay trên vật kiểm hoặc trên phần cần che

chắn để giới hạn chùm bức xạ. Như vậy vùng được chiếu xạ bị thu hẹp lại, do đó

làm giảm được bức xạ tán xạ (h.VII.47).

Che chắn vùng không quan tâm chỉ chừa ra những vùng cần chụp trên film. Vật

che chắn có thể là các tấm chì, bi thép, các chất lỏng đặc biệt hoặc trát “vữa”...

Đặt màn tăng cường, đặc biệt khi kiểm tra trong dải năng lượng trung bình nhằm

làm giảm tác động của bức xạ tán xạ. Màn tăng cường đặt trước film hấp thụ tán

xạ từ vật, còn màn phía sau film sẽ che chắn chống tán xạ ngược.

Sử dụng các bộ lọc bằng chì hoặc đồng đặt trên đường truyền của chùm bức xạ tia

X sẽ làm giảm tán xạ bằng cách lọc bớt những bức xạ mềm từ phổ phát xạ tia X.

Tuy nhiên, việc làm này sẽ làm giảm độ tương phản do tác dụng làm cứng chùm

tia bức xạ của bộ lọc.

III.3.4. Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của ảnh chụp bức xạ:

Chất lượng ảnh chụp bức xạ phụ thuộc vào độ tương phản và khả năng phân giải của

nó.

(i) Độ tương phản C của ảnh chụp bức xạ - Theo định nghĩa nếu chênh lệch độ đen

càng lớn, thì ảnh chụp bức xạ có độ tương phản lớn (h.VII.48).

Hình VII.48. Độ tương phản của ảnh chụp bức xạ.

Độ tương phản của ảnh chụp bức xạ gồm

hai yếu tố: độ tương phản vật và độ tương

phản film.

Độ tương phản vật là độ chênh lệch giữa

cường độ bức xạ truyền qua mẫu vật tương

tác lên film (h.VII.49). Những thay đổi này

là do lượng bức xạ bị hấp thụ trong vật

kiểm khác nhau.

Hình VII.49. Độ tương phản vật của ảnh chụp bức xạ

Độ tương phản film là khả năng tương tác của lớp nhũ tương trên film đối với

cường độ bức xạ đến, đó là đặc tính của một film đã cho.

(ii) Khả năng phân giải R của ảnh

Theo định nghĩa thì khả năng phân giải của ảnh chụp bức xạ là sự mô tả độ sắc nét

của hình ảnh (h.VII.50). Nó được thể hiện bằng số các vạch (hoặc điểm pixel) nhìn

thấy phân bố đều trên một đơn vị chiều dài vật kiểm.

Hình VII.50. Khả năng phân giải của ảnh chụp bức xạ.

Khả năng phân giải của ảnh chụp bức xạ phụ thuộc vào độ nhòe hình học; độ nhòe

cố hữu; độ hạt.

(iii) Những yếu tố gây ảnh hưởng đến độ tương phản và khả năng phân giải của ảnh

chụp bức xạ.

Năng lượng bức xạ: độ tương phản của vật giảm khi năng lượng bức xạ tăng vì hệ

số hấp thụ tuyến tính của vật liệu giảm xuống. Năng lượng bức xạ tăng lên cũng

tăng năng lượng của các electron thứ cấp do đó tăng độ nhòe cố hữu. Độ hạt cũng

tăng lên khi năng lượng bức xạ tăng lên. Tất cả những yếu tố trên sẽ làm giảm độ

nhạy của ảnh chụp bức xạ.

Loại film: Film khác nhau có độ tương phản và các đặc trưng về độ hạt khác nhau.

Nói chung, film có hạt lớn cho độ tương phản thấp, làm độ nhạy thấp.

Quá trình hiện: Trong dung dịch thuốc hiện với nồng độ và nhiệt độ đã cho, nếu

tăng thời gian hiện sẽ làm tăng độ hạt, độ tương phản và độ mờ của ảnh chụp bức

xạ, vì vậy làm cho chất lượng ảnh giảm đi.

Độ đen: Những film trực tiếp, độ đen của ảnh chụp càng tăng thì độ tương phản

cũng tăng vì độ tương phản ban đầu của film tăng lên khi độ đen tăng.

Vật kiểm tra: Năng lượng bức xạ cần thiết để tạo ra ảnh phụ thuộc vào chiều dày,

mật độ và nguyên tử số của vật liệu. Vật làm bằng vật liệu nặng, nguyên tử số cao

hoặc chiều dày lớn thì cần năng lượng bức xạ cao. Trong trường hợp này độ tương

phản và khả năng phân giải đều kém. Ngoài ra lượng bức xạ tán xạ cũng phụ thuộc

vào vật. Những vật kiểm mà gây ra nhiều tán xạ sẽ cho độ nhạy ảnh chụp thấp.

Bức xạ tán xạ: Tán xạ tăng sẽ làm tăng độ nhòe của ảnh chụp bức xạ vì vậy sẽ làm

giảm độ tương phản và khả năng phân giải của ảnh.

Màn tăng cường: Màn chì làm giảm tán xạ do đó nó cải thiện được độ nhạy. Còn

màn tăng cường bằng muối phát quang sẽ làm tăng độ hạt do đó nó sẽ làm giảm

chất lượng của ảnh chụp bức xạ.

Bộ lọc: được đặt giữa nguồn bức xạ và film nhằm làm giảm tỉ lệ bức xạ mềm trong

chùm tia làm cho độ tương phản giảm, do đó làm giảm độ nhạy của ảnh chụp bức

xạ. Trong một vài trường hợp, bộ lọc có thể làm giảm được bức xạ tán xạ để cải

thiện chất lượng của ảnh. Tác dụng này được dùng phổ biến trong quá trình chụp

ảnh bức xạ các vật phức tạp.

Độ mờ: Độ mờ của film tăng lên sẽ làm giảm độ tương phản của ảnh

Khoảng cách từ nguồn đến film F: Khi F tăng sẽ làm giảm độ nhòe hình học, vì thế

sẽ làm tăng độ nhạy của ảnh.

Khoảng cách từ vật kiểm đến film: Film đặt càng sát vật sẽ làm độ nhòe hình học

giảm vì vậy làm tăng độ nhạy của ảnh.

Kích thước: Kích thước nguồn hay tiêu điểm phát bức xạ tăng sẽ làm tăng độ nhòe

hình học, nên độ nhạy của ảnh chụp giảm.

Sự rung động: Nếu giữa vật, nguồn bức xạ và film có chuyển động tương đối với

nhau thì các hình ảnh bị chồng lên nhau, làm giảm khả năng phân giải của ảnh

chụp, dẫn đến độ nhạy cũng bị giảm.

Máy phát bức xạ tia X: Trong cùng điều kiện chiếu chụp, hai máy phát bức xạ tia X

cùng một công suất có thể phát ra bức xạ không giống nhau, vì thế tạo ra các ảnh

chụp bức xạ có chất lượng khác nhau.

Quá trình che chắn: Việc che chắn sẽ làm cải thiện được chất lượng ảnh chụp bức

xạ do làm giảm bức xạ tán xạ.

III.3.5. Xác định các chế độ chiếu chụp

Lựa chọn nguồn bức xạ, film và màn tăng cường quyết định rất lớn đến độ nhạy và

năng suất kiểm tra. Để nhận được ảnh có độ nhạy cao nên dùng nguồn bức xạ năng

lượng thấp, film hạt mịn có độ tương phản cao và màn tăng cường bằng kim loại. Có

thể chọn nguồn theo bảng VII.10.

Bảng VII.10 Phạm vi sử dụng nguồn bức xạ ion hóa để kiểm tra hàn

Bức xạ Chiều dày thích hợp (mm)

Hãm Gamma Mg Al Ti Thép

10 – 60 kV

60 – 120 kV

Sr-90 + Be và

120 – 200 kV

150 – 300 kV

200 – 400 kV và

3 – 6 MeV

300 – 1000 kV

và 6 – 15 MeV

15 – 50 MeV

Am-241

Tm-170

Se-75

Ir-192

Cs-137

Co-60

--

Đến 80

10 – 200

40 – 350

70 – 450

100 – 500

300 – 700

450 - 2000

Đến 50

3 – 70

20 – 150

40 – 250

50 – 350

200 – 500

250 – 1400

Đến 8

2 – 40

6 – 80

10 – 120

20 – 150

60 – 300

150 – 800

Đến 4

1 – 20

3 – 50

5 – 80

10 – 120

30 – 200

100 – 500

Chú ý   : kV – điện áp của thiết bị tia X ; MeV – năng lượng máy gia tốc

Liều chiếu (đúng ra gọi là độ chiếu) dùng trong chụp ảnh bức xạ được định nghĩa là

tích của cường độ nguồn phóng xạ với thời gian chiếu lên phim. Trong trường hợp sử

dụng bức xạ tia X ta có :

Liều chiếu = Cường độ dòng điện trong ống tia X * thời gian (mA.s).

(Cường độ dòng điện trong ống tia X là năng suất phát bức xạ tia X từ bia)

Đối với bức xạ gamma :

Liều chiếu = Cường độ của nguồn * thời gian (Ci.h)

(Cường độ của nguồn tính theo đơn vị curie là lượng bức xạ phát ra từ nguồn phóng

xạ)

Để xác định đúng liều chiếu (chế độ chiếu chụp) trong chụp ảnh bức xạ kết cấu hàn

cho trước là rất cần thiết để có được kết quả tốt nhất, tiết kiệm được sức lao động,

thời gian và chi phí vật tư. Những phương pháp sau đây có thể được sử dụng để xác

định đúng liều chiếu (chế độ chiếu chụp).

(i). Đối chứng với những số liệu trước đó :

Các chế độ chiếu chụp thường được ghi lại để lưu giữ lâu dài (trong hồ sơ, nhật ký,

máy tính...). Nếu vật kiểm giống như mẫu vật cũ đã được kiểm tra trước đó thì chỉ

việc áp theo chế độ chiếu chụp cũ. Phương pháp này rất nhanh chóng và hiệu quả do

mọi bước đều đã nắm được.

(ii). Sử dụng đường cong đặc trưng :

Đường cong đặc trưng của film có thể được sử dụng để xác định đúng liều chiếu, đặc

biệt đối với những vật kiểm bằng các vật liệu hỗn hợp, khi đó biểu đồ chế độ chiếu

chụp thường không dùng được. Ban đầu tiến hành chụp thử một mẫu tương tự, sau đó

đo độ đen của film. Liều chiếu thử này sau đó được hiệu chỉnh kết hợp với đường

cong đặc trưng của film để cho ra độ đen

chuẩn là 2,0. Phương pháp này có thể được

diễn giải như sau:

Gọi liều chiếu thử nghiệm là Xt cho độ đen

tương ứng là Dt , độ đen chuẩn cần đạt được

là Dr=2,0. Những liều chiếu tương đối tương

ứng với những độ đen này có thể đọc được từ

đường cong đặc trưng của film (h.VII.51).

Gọi Xct là liều chiếu tương ứng với độ đen Dt và Xcr tương ứng với độ đen Dr khi đọc

trên đường cong đặc trưng. Thì liều chiếu đúng là X, để đạt được độ đen cần thiết, sẽ

được cho bởi công thức:

Hình VII.51. Đường cong đặc trưng cho loại film trực tiếp.

Ví dụ :

Giả sử film được sử dụng có đường cong đặc trưng như trong hình trên. Liều chiếu

thử nghiệm Xt được cho bằng 15 mA*min, cho được độ đen Dt= 1,4. Tính toán liều

chiếu đúng để cho ra độ đen Dr= 2,0. Từ đường cong này thấy rằng:

Liều chiếu tương đối ứng với độ đen thử nghiệm 1,4 là: Xct = 150

Liều chiếu tương đối ứng với độ đen 2,0 là: Ecr = 220

Liều chiếu đúng cần thiết để cho độ đen 2,0 là:

X = (mA*min)

Cách dựng đường cong đặc trưng bằng thực nghiệm:

Đường cong đặc trưng có thể được xây dựng bằng cách chiếu bức xạ tia X lên một

tấm film sao cho những vùng khác nhau trên film nhận được những liều chiếu khác

nhau định trước. Film này thường được chiếu theo nhiều bậc sao cho mỗi bậc ghi

nhận được liều chiếu gấp đôi liều chiếu bậc trước. Sau đó được xử lý tráng rửa film

theo quy trình chuẩn. Độ đen hiển thị trên film theo dạng bậc thang. Đo độ đen của

mỗi bậc trên film, nối những giá trị đo được này (và làm trơn) sẽ nhận được đường

cong đặc trưng cần thiết.

(iii). Sử dụng toán đồ:

Toán đồ của chế độ chiếu chụp là biểu đồ chỉ ra mối quan hệ giữa liều chiếu và

chiều dày vật liệu. Những liều chiếu đúng cho những vật kiểm như thép, đồng, nhôm

v.v… có được từ những biểu đồ tương ứng với mỗi vật liệu. Nhờ toán đồ chiếu chụp

mà có thể chụp được ảnh của vật có chiều dày đồng nhất chỉ trong một lần.

Toán đồ liều chiếu thường được xây dựng cho từng máy phát tia X hoặc một nguồn

phát bức xạ gamma nào đó (h.VII.52 và h.VII.53).

Hình VII.52. Toán đồ xác định liều chiếu

tia X.

Hình VII.53. Toán đồ xác định liều chiếu

nguồn bức xạ gamma.

(iv). Dùng thước trượt:

Liều chiếu gamma cũng có thể được tính toán nhờ những thước trượt chuyên dụng

trên đó có các thang chia tốc độ film, hoạt độ nguồn, khoảng cách từ nguồn đến film,

loại nguồn, độ đen yêu cầu và chiều dày mẫu vật. Bằng cách đặt những biến số khác

nhau lên thang chia của thước này thì có thể đọc được ngay thời gian chiếu. Để sử

dụng những thước trượt này thường có một cuốn sổ tay hướng dẫn sử dụng.

(v) Thiết bị tự động:

Hiện nay các thiết bị được sử dụng trong các ống phát bức xạ tia X hiện đại được

điều khiển tự động hoàn toàn. Những thiết bị này tự động điều chỉnh liều chiếu.

Không cần biết trước chiều dày và vật liệu mẫu vật. Điều duy nhất cần thực hiện là

lựa chọn độ đen của film.

(vi). Thời gian chiếu đối với nguồn gamma

Đối với nguồn gamma thời gian chiếu có thể tính theo công thức

(min.) (7.18)

Trong đó:

FF – hệ số film (R-1)

FD – khoảng cách từ nguồn đến film (mm)

δ – chiều dày vật kiểm (tính cả chiều cao phần nhô khi hàn) (mm)

HVL – chiều dày suy giảm một nửa (mm)

A – hoạt độ nguồn (Ci)

RHM – suất liều phát (R/h) tại điểm cách nguồn 1 Ci là 1 m

III.3.6. Chọn kích thước phần được kiểm trong mỗi lần chụp

Khi kiểm tra liên kết hàn các tấm phẳng và dài hoặc các vật dạng tròn thì phải chia

thành từng phần, năng suất kiểm tra được xác định bằng thời gian tΣ cần thiết khi

chụp toàn bộ liên kết:

tΣ= N(t+tp)

Trong đó: N – tổng số film cần để kiểm tra toàn bộ

t – thời gian chụp mỗi film

tp – thời gian phụ (làm sạch, gá đặt, kẹp, đặt ký hiệu ...)

Theo các sơ đồ chiếu (h. VII.54) thấy rằng chỉ khi chụp toàn phương bằng nguồn

bức xạ gamma đặt tại tâm ống thì khoảng cách F và chiều dày δ không đổi. Còn các

trường hợp khác các giá trị này có sự thay đổi từ tâm đến mép. Ảnh hưởng của hai

yếu tố này (F, δ) gây tác động đáng kể đến kết quả nhận được. Cụ thể độ tương phản,

độ đen, độ nhòe khác nhau điều đó làm sai lệch đáng kể độ nhạy tương đối Wr giữa

tâm và mép ảnh.

Hình VII.54. Các sơ đồ chụp liên kết hàn ống: F= MC; δ = EC; Fφ=MA; δφ =DA

Khi kiểm tra mối hàn giáp mối dài, số đoạn (film) N để chiếu bởi chùm bức xạ hình

côn có góc chuẩn trực 2φ được xác định theo công thức (h. VII.54):

N = (7.19)

Trong đó: L – chiều dài toàn bộ đường hàn

Với phân đoạn chụp để kiểm tra liên kết hàn dài, giá trị góc chuẩn trực φ ảnh hưởng

đến chênh lệch độ đen D, khi góc φ càng nhỏ thì chất

lượng càng tốt. Nhưng nếu φ nhỏ thì làm tăng số N,

tăng thời gian tΣ , giảm năng suất. Như vậy có sự liên hệ

giữa N với thời gian chụp mỗi phân đoạn t để tổng thời

gian tΣ nhỏ nhất.

Góc chuẩn trực tối ưu φopt và kích thước tương ứng của

từng phân đoạn khi kiểm tra mối hàn phẳng được xác

định theo khoảng cách F và chiều dày vật kiểm δ, điều

này thấy rõ khi kiểm tra các tấm mỏng. Một số tiêu

chuẩn giới hạn góc φ không quá 14o hoặc 9o tùy theo cấp kiểm tra. Ưu thế về thời

gian chiếu tΣ/tΣmin, nhận được do chọn kích thước phân đoạn tối ưu được chỉ trên

(h.VII.55).

Hình VII.55. Sự thay đổi thời gian chiếu khi chụp phân đoạn tấm phẳng: 1)- t p =0;

2)- tp/t=1; 3)- tp/t=2

III.3.7. Chuẩn bị chiếu chụp vật hàn

Nguyên công chuẩn bị gồm các bước xem xét sơ bộ liên kết hàn, làm sạch xỉ dầu mỡ

cùng các chất bẩn khác. Các khuyết tật ngoài cần loại bỏ vì chúng gây nên chỉ thị giả

trên ảnh có thể nhầm lẫn khi giải đoán. Khi chụp theo phân đoạn người ta tách các

phần và đánh dấu bằng các chữ chì. Chiều dày chữ (số) chì tùy theo chiều dày vật

kiểm và năng lượng bức xạ. Trong trường hợp không thể sử dụng được chữ chì thì có

thể viết bằng bút chì mềm đặc biệt lên film. Trong nhiều trường hợp màn tăng cường

huỳnh quang được đánh dấu bằng mực tàu, như thế trên ảnh đảm bảo nhận được các

ký tự rõ nét. Việc đặt film vào cassette đều theo trình tự như nhau đối với các phân

đoạn hàn.

Kích thước film, màn tăng cường, cassette cứng/mềm, ký tự đều theo tiêu chuẩn với

từng quốc gia.Ví dụ màn tăng cường và cassette có 15 kích thước sau: 6x(24; 36; 48);

10x(12; 24; 36; 48; 72); 13x18; 18x(24; 30); 7,5x40; 15x40; 30x40 (cm). Như đã nói

màn tăng cường là các lá chì phủ lên lớp nền dẻo, chúng có độ dày từ 0,02 – 0,5 mm.

Các ký tự (số, chữ, mũi tên...) cao từ 5 - 8 mm, dày từ 1 – 5 mm trong hộp có panh

kẹp để ghép theo mã hóa. Sau khi mã hóa cho bộ ký tự vào bao mềm.

Chỉ thị chất lượng ảnh được đặt lên vật kiểm về phía nguồn. Trong trường hợp

không thể được như kỹ thuật chụp ống hai thành thì cho phép đặt IQI ở phía film.

Cho film vào cassette có thể film được đặt giữa hai lớp màn tăng cường kim loại,

giữa màn huỳnh quang hoặc một lớp kim loại một lớp huỳnh quang.

III.4. Kỹ thuật tráng rửa film sau khi chụp

Sau khi chụp bằng tia bức xạ thì những tinh thể AgBr tạo ra ảnh ẩn trong lớp tinh

thể, muốn tạo ra hình ảnh nhìn thấy và lưu giữ được lâu thì phải xử lý (tráng rửa

film).

Quá trình xử lý tráng rửa được thực hiện trong phòng tối sao cho ánh sáng không

thể tác động được lên film nữa. Hệ thống tráng rửa film có thể bằng tay, tự động hoặc

dùng loại giấy hiện ảnh bức xạ tức thời. Quá trình xử lý tráng rửa film chụp ảnh bức

xạ gồm những nguyên công chính:

III.4.1. Nguyên công chuẩn bị

Để đạt được chất lượng tráng rửa tốt phải chuẩn bị các bước sau :

(i) Khuấy đều tất cả dung dịch dùng để xử lý tráng rửa film trước khi sử dụng

(những dung dịch đó dễ bị loãng và kết tủa sau một thời gian).

(ii) Kiểm tra nhiệt độ của dung dịch chứa trong bể. Tùy thuộc vào nhiệt độ môi

trường, loại hóa chất và thời gian mà điều chỉnh thích hợp. Ví dụ nhiệt độ dung

dịch thuốc hiện càng gần với 20 0C càng tốt.

(iii) Kiểm tra mức dung dịch chứa trong bể. Mức dung dịch trong bể phải ngập hết

các thanh ngang kẹp film. Nếu mức nước quá thấp thì phải thêm vào dung dịch

mới cho đến mức thích hợp.

(iv) Cần luôn luôn có một dòng nước chảy đều ổn định và đủ mạnh trong các bể rửa

trung gian và bể làm sạch.

(v) Tra bảng thời gian hiện ảnh, khi cần thiết thì tham chiếu biểu đồ thời gian - nhiệt

độ hiện ảnh của từng loại film và đặt đồng hồ hẹn giờ.

(vi) Lau sạch các dụng cụ dùng trong xử lý tráng rửa film và rửa sạch tay.

III.4.2. Nguyên công làm hiện ảnh.

Khi đặt film vào dung dịch thuốc hiện, những tinh thể bị chiếu nằm trong lớp nhũ

tương sẽ phản ứng, tách bạc ra khỏi hỗn hợp và kết tủa – đó là hình ảnh kim loại bạc

màu đen. Nhiệt độ càng cao thì quá trình hiện ảnh càng nhanh. Tuy nhiên nhiệt độ

cao hơn 20 0C sẽ làm hình ảnh bị mờ nhiều, dung dịch hiện bị hỏng nhanh hơn v.v…

Ở nhiệt độ cao có thể phát hiện thấy trên lớp nhũ tương sự hình thành mắt lưới, làm

cho nó có thể bị trôi đi hoặc bị chảy ra. Mặt khác nếu nhiệt độ giảm xuống dưới 18 0C

làm các nguyên tố trong thuốc hiện bị kìm hãm không đạt độ tương phản cao hơn.

Khi nhiệt độ khó điều chỉnh thì có thể điều chỉnh thời gian.

Quan sát nguyên công hiện ảnh, phụ thuộc vào kinh nghiệm của các kỹ thuật viên,

cũng như trạng thái tâm lý và thời gian trong phòng tối.

Để tạo ra phản ứng triệt để giữa lớp nhũ tương của film và dung dịch hiện cần phải

cho film dao động. Đây là động tác quan trọng nhất trong khoảng thời gian làm hiện

ảnh vì nó làm đều mật độ và xóa các vết trên film.

III.4.3. Nguyên công rửa trung gian (rửa nước hoặc acid).

Sau khi hiện xong thì film được đưa sang bể dung dịch rửa trung gian (thuốc dừng

hiện) khoảng 30 đến 60 giây. Thuốc rửa trung gian (dừng hiện) là dung dịch 2,5 %

acid acetic băng. Acid làm ngưng các hoạt động tiếp tục của thuốc hiện trên film. Mặt

khác, dung dịch rửa ngăn cản các phản ứng khi thuốc hiện còn sót lại vào dung dịch

thuốc hãm. Nếu không có acid acetic băng thì có thể nhúng film vào trong dòng nước

sạch chảy liên tục từ 1 đến 2 phút.

III.4.4. Nguyên công hãm

Chức năng của dung dịch thuốc hãm hoặc dung dịch “Hypo” là :

Dừng hẳn quá trình hiện.

Làm sạch toàn bộ những hạt muối bạc không được hiện trong lớp nhũ tương và

giữ lại những hạt đã hiện thành ảnh cố định.

Tăng bền cho lớp gelatine trong nhũ tương để lớp này trở nên chắc hơn trong các

nguyên công tiếp theo.

Từ lúc nhúng film vào dung dịch thuốc hãm đến khi biến mất các hạt muối bạc ban

đầu có màu vàng sữa, phân tán, được gọi là thời gian làm sạch. Sau đó cần khoảng

thời gian để tẩy sạch các hạt muối halogen bạc khuếch tán trong nhũ tương và để cho

lớp gelatine đạt được độ cứng mong muốn. Vì vậy, thời gian hãm tổng cộng ít nhất

phải bằng hai lần thời gian làm sạch. Dung dịch thuốc hãm được giữ ở trong khoảng

từ 18 oC đến 24 oC.

III.4.5. Nguyên công rửa làm sạch

Lớp nhũ tương trong film mang một số chất hoá học sang nước rửa. Những chất này

sẽ làm cho ảnh chụp bức xạ bị đổi màu và mờ dần sau năm tháng. Do đó film phải

được rửa sạch để loại bỏ những hợp chất hoá học này. Nguyên công này được thực

hiện theo các điều kiện:

Sử dụng dòng nước chảy sạch, lưu thông tuần hoàn sao cho toàn bộ diện tích của

lớp nhũ tương thường xuyên nhận được sự thay đổi.

Bộ kẹp film được nhúng chìm trong nước.

Cần phải rửa sạch (ngâm) ít nhất là 20 phút.

Nhiệt độ nước không được quá 25 0C để cho lớp nhũ tương không bị mềm ra và

bị rửa trôi đi.

Nhiệt độ của nước cũng không được dưới 15 0C vì nếu nước ở nhiệt độ thấp hơn

thì dung dịch hypo (dung dịch thuốc hãm) sẽ không được hoà tan tốt.

Lượng nước chảy trong bể phải được thay thế từ bốn đến tám lần trong một giờ

Có một số kiểu rửa sạch bằng bể một ngăn, dạng bể tầng hoặc dùng nhiều bể tuỳ từng

điều kiện cụ thể (h.VII.56)

Hình VII.56. Các loại bể: a)- Một ngăn; b)- Hai ngăn

III.4.6. Nguyên công sấy khô.

Là nguyên công cuối, phải thực hiện để không làm hỏng lớp nhũ tương hoặc tạo ra

các vết, dấu do quá trình sấy không đều. Để tránh tạo ra các vết trong quá trình sấy và

làm khô nhanh thì film được nhúng trong một dung dịch làm khô từ 15 đến 30 giây.

Dung dịch này giảm sức căng bề mặt của nước, tránh được sự hình thành các giọt

nước đọng. Nếu không sử dụng dung dịch làm khô thì nên lau sạch film. Film thường

được làm khô trong một tủ sấy có không khí tuần hoàn ở nhiệt độ từ 40 – 50 oC .

Nhiệt độ của không khí trong tủ sấy phải được điều chỉnh sao cho không làm cho

film bị cong hoặc khô không đều. Cẩn thận tránh để film chạm nhau trong tủ sấy.

III.5. Kỹ thuật chụp ảnh bức xạ kiểm tra các liên kết hàn

Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ để kiểm tra các liên kết hàn hồ quang nóng chảy thì

cách bố trí film, mối hàn và nguồn phát bức xạ là rất quan trọng và cần phải ghi nhớ.

Các khuyết tật hàn thường xảy ra do chuẩn bị liên kết, trình tự hàn, xử lý nhiệt... Tốt

hơn hết là cần có đầy đủ các thông tin để dự đoán nguyên nhân gây ra khuyết tật cũng

như định vị chúng từ đó lựa chọn đúng các thông số chiếu chụp. Trong kiểm tra hàn

hồ quang nóng chảy có thể chia ra thành các liên kết sau

III.5.1. Các liên kết giáp mối tấm

Hàn giáp mối tấm thường được thực hiện với vát mép chữ V, chữ X hoặc để phẳng.

Trên (h. VII.57) chỉ ra các kiểu chụp. Đối với các liên kết dạng này thường dùng kỹ

thuật chụp mà trong đó film được đặt ôm sát với một bề mặt của mối hàn, nguồn phát

bức xạ ở phía bên kia, cách một khoảng đã tính toán. Nếu nguồn trên mặt phẳng qua

tâm đường hàn vuông góc với bề mặt thì xác định rất tốt các khuyết tật như nứt,

không thấu đáy. Nếu đặt lệch đi thì xác định được không ngấu. Các quá trình hàn là:

Có phần nhô hoặc không có nhô

Có phần nhô và tấm lót đáy liền (hàn trong môi trường khí bảo vệ)

Có phần nhô và tấm lót đáy sau đó bỏ lót đáy

Có phần nhô và lớp vật liệu phủ.

Hình VII.57. Sơ đồ chụp liên kết giáp mối

Theo quan điểm về phát hiện vết nứt trong mối hàn tấm phẳng, khoảng chiều dài mối

hàn trong mỗi lần chụp được quy định theo góc mở φ từ tia chính. Theo tiêu chuấn

Nhật bản JIS Z 3104 và 3105, giá trị góc này không lớn hơn 14o khi chụp thường

hoặc 9o khi chụp đặc biệt. Điều này được thực hiện bằng cách giữ khoảng cách từ

nguồn đến film lớn hơn hai lần chiều dài đường hàn được chụp.

III.5.2. Các liên kết góc, chữ T, chồng tấm

Hàn góc có thể vát mép hoặc không vát mà sơ đồ chiếu của chúng được trình bày

trên (h.VII.58). Hướng của chùm tia có ảnh hưởng đáng kể lên kết quả kiểm tra các

mối hàn góc, chữ T bằng chụp ảnh bức xạ. Do đó, cần phải xác định một hướng phát

chuẩn cho chùm tia bức xạ.

Nguồn chiếu được đặt lệch đi một góc để khỏi chạm thành và xác định được không

ngấu chân cũng như không thấu đáy.

Hình VII.58. Sơ đồ chiếu khi chụp mối hàn chữ T : a)- góc lệch 30o lấy

δ=1,1(δ1+ δ2) ; b)- góc lệch 45o lấy δ=1,4(δ1+ δ2)

Các liên kết hàn góc có hình dạng đặc biệt như không vát mép thường được kiểm

tra không ngấu cạnh.

Với liên kết chữ thập và liên kết chồng việc kiểm tra không thấu được thiết lập theo

sơ đồ (h.VII.59).

Hình VII.59. Sơ đồ chiếu khi chụp mối hàn chữ thập và chồng

Trong một mối hàn góc, chữ T, phần kiểm tra có

chiều dày xuyên thấu lớn nhất bằng khoảng hai lần chiều

dày xuyên thấu nhỏ nhất. Nếu thực hiện chụp theo hướng

chiều dày lớn thì khó tạo được toàn bộ hình ảnh của phần

được kiểm tra nằm trong phạm vi một dải độ đen cao.

Trong (h.VII.60) người ta sử dụng đệm bù để làm giảm

chênh lệch chiều dày, do đó việc chụp ảnh bức xạ sẽ thực

hiện được dễ dàng.

Hình VII.60. Bố trí đệm bù chiều dày

Trong kết cấu cơ khí, xây dựng, cầu, dầu khí ... rất hay sử dụng các thanh dầm có

tiết diện hình hộp được hàn lại bằng các tấm, dải, khi đó việc xác định vị trí tương

quan giữa nguồn, vật kiểm, film tùy theo kích thước tiết diện (h.VII.61).

Hình VII.61. Sơ đồ chiếu khi chụp dầm hộp: a)- Film đặt trong ; b)- Film đặt ngoài

III.5.3. Các liên kết giáp mối ống theo chu vi (hàn vòng)

Tùy thuộc vào kích thước và khả năng tiếp cận ống mà áp dụng các kỹ thuật sau

(i) Chiếu xuyên thành đơn

Nguồn được đặt bên trong còn film đặt ngoài ống (h. VII.54a). Vị trí lý tưởng là đặt

nguồn tại tâm ống, nó sẽ chụp được mối hàn vòng theo chu vi trong một lần chụp

toàn phương vì vậy tiết kiệm thời gian đáng kể. Tuy nhiên, kích thước của nguồn phụ

thuộc vào đường kính ống và chiều dày mối hàn. Kích thước nguồn được tính theo

công thức :

d ≤ 1/5*[(D/2δ)-1] (7.20)

Trong đó D và δ là đường kính và chiều dày ống

Để dễ kiểm tra các mối hàn đường ống áp lực có thành dày người ta thường khoét lỗ

gần đó để đưa nguồn phát tia γ vào trong. Khi đường kính ống nhỏ, cần giảm độ nhòe

hoặc do kích thước nguồn phải đặt nguồn lệch tâm (h. VII.54b)

Việc kiểm tra hàn đường ống dẫn có thể thực hiện nhanh chóng nhờ máy phát tia X

hoặc nguồn hoạt độ cao gắn với xe «bò» (crawler). Crawler bò trong ống với tốc độ

định sẵn. Trong trường hợp này ảnh sẽ bị thêm độ nhòe dịch chuyển Um. Nguồn cũng

có thể đặt ngoài ống với khoảng cách hợp lý còn film thì được đặt sát bên trong thành

ống (h. VII.54c). Kỹ thuật này cho độ nhạy phát hiện khuyết tật cao hơn. Tuy nhiên

nó có nhược điểm là chiều dài cho phép được giải đoán ngắn lại nên phải tăng số lần

chụp khi kiểm tra toàn bộ chu vi.

(ii) Chiếu xuyên thành kép :

Khi không thể tiếp cận được bên trong ống đường kính nhỏ thì cả film và nguồn đều

được đặt bên ngoài (h.VII.54d).

Kỹ thuật hai thành một ảnh (h.VII.62) : nguồn và film được bố trí ở một

khoảng cách ngắn nhằm làm mất hình ảnh của phần mối hàn bên trên gần nguồn.

Film ôm sát mối hàn ở phía đối diện với nguồn qua ống. Phần chồng của ảnh được

tránh bằng cách dịch nguồn lệch góc 10o – 15o so với mặt phẳng đường tâm hàn. Ảnh

bức xạ nhận được là ảnh của phần mối hàn nằm sát với film nhất. Kỹ thuật này cho

kết quả tốt nhất với đường kính ống lớn hơn 90 mm. Khi không thể đặt nguồn lên ống

vì kích thước nguồn hoặc chiều dày thành ống, khoảng cách từ nguồn tới film được

điều chỉnh theo giá trị độ nhòe hình học Ug. Lúc này ảnh của mối hàn phía nguồn

được ghi được ghi nhận mờ mờ không dùng để giải đoán.

Hình VII.62. Kỹ thuật chụp ống hai thành một ảnh

Kỹ thuật hai thành hai ảnh (h. VII.63): Kỹ thuật này đặc biệt thích hợp để kiểm tra

ống đường kính nhỏ hơn 90 mm. Nguồn được đặt cách film một khoảng lớn và

nghiêng đi để tránh ảnh phía hàn trên chồng phía dưới. Kết quả ảnh bức xạ của mối

hàn trên film có dạng hình ellipse. Để kiểm tra toàn bộ phải chụp ít nhất hai lần và

lần sau xoay đi 90o.

Hình VII.63. Kỹ thuật chụp ống hai thành hai ảnh

Trong các kỹ thuật đã nói ở trên, chiều dài hiệu dụng của mối hàn được chấp nhận

để giải đoán là thông số quan trọng nhất, đặc biệt là kỹ thuật chụp film bên trong và

hai thành một ảnh. Khi bố trí nguồn – ống – film cần chú ý rằng do độ mở, tại trục

tâm của chùm tia vào giữa film có chiều dày đâm xuyên

nhỏ hơn phía mép film nên độ đen tại giữa film thường

lớn hơn hai bên mép. Trong thực tế yếu tố này được kiểm

soát bằng cách chỉ cho phép giải đoán film có độ đen

thích hợp.

III.5.4. Các liên kết hàn ống chữ T (nozzle T)

Trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn ống chữ T thì cách bố trí

nguồn, film được biểu diễn trong (h.VII.64). Nguồn phải được đặt sao cho trục tâm

của chùm tia bức xạ tạo với vách thành ống nhánh một góc khoảng 70.

Trong kiểm tra các liên kết hàn ống chữ T thường sử dụng đệm bù để độ đen trên

film khi giải đoán được đồng nhất.

Hình VII.64. Bố trí khi kiểm tra hàn ống chữ T

III.5.5. Phát hiện và định vị chiều sâu khuyết tật

Trong chụp ảnh có thể phát hiện tốt các khuyết tật nứt dọc hoặc ngang trong vũng

hàn và trong kim loại cơ bản mà lệch với hướng chiếu không quá 12o; không ngấu tại

giao diện vũng hàn với vùng ảnh hưởng nhiệt; lẫn xỉ và wolfram; rỗ co, rỗ khí; cháy

lẹm, cháy thủng...

Trên film đã xử lý phát hiện được khuyết tật kích thước lớn hơn 0,05 mm, các khuyết

tật có thể phân tán hay tập trung. Người giải đoán có thể xác định được tọa độ cũng

như kích thước khuyết tật (dài*rộng). Nếu vật kiểm dày thì việc xác định chiều sâu

khuyết tật là rất cần thiết vì nó làm giảm chi phí cho việc sửa mối hàn và đánh giá

được mức độ phá hủy trong thời gian làm việc. Để định vị khuyết tật theo chiều sâu

có thể theo những phương pháp sau đây:

(i) Phương pháp chiếu cạnh

Nếu kích thước vật kiểm cho phép, thì có thể tạo được hai ảnh chụp bức xạ trên

hai film với hai hướng chiếu vuông góc với (h.VII.65).

Hình VII.65. Phương pháp chiếu cạnh

Phương pháp này đơn giản nhất và cho kết quả rất chính xác. Nhược điểm của

phương pháp này là khó chụp được vật hàn tấm rộng.

(ii) Phương pháp dịch nguồn

Phương pháp này rất phù hợp với các vật hàn có dạng phẳng được trình bày như sau:

Trước hết, thực hiện chụp theo cách thông thường để có được ảnh vật kiểm và

đánh dấu vị trí khuyết tật (theo hai chiều) lên mặt trên của vật kiểm.

Chiếu hai lần trên cùng một film, mỗi lần chiếu sử dụng một liều chiếu bằng một

nửa liều chiếu tổng tương ứng với khoảng cách từ nguồn đến film cho trước. Giữa hai

lần chiếu này thì nguồn được xê dịch một khoảng cách nào đó trong mặt phẳng song

song với film theo chiều dài của khuyết tật (h.VII.66). Tất nhiên có thể dịch chuyển

vật kiểm còn nguồn đứng yên.

Sau khi xử lý tráng rữa film xong thì đo

khoảng cách xê dịch ảnh của khuyết tật trên film.

Gọi b - khoảng cách xê dịch nguồn phát chùm

tia bức xạ.

F - Khoảng cách nguồn – film được đo

theo đường vuông góc

a - Khoảng cách xê dịch ảnh.

d - Khoảng cách từ khuyết tật đến film.

Theo công thức về tam giác đồng dạng ta có :

(7.21)

Hình VII.66. Phương pháp xê dịch nguồn.

Khoảng dịch nguồn phát chùm bức xạ không được quá lớn vì có thể làm méo hình

ảnh ghi nhận được trên film, hoặc quá nhỏ không đủ khoảng cách tách rời giữa hai

hình ảnh và làm cho việc đo khoảng cách xê dịch ảnh khó. Giá trị thích hợp có thể sử

dụng được là F/3.

(iii) Phương pháp đánh dấu chì

Đây là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để định vị

chiều sâu khuyết tật. Nó tương tự như phương pháp dịch nguồn, nhưng khoảng cách

dịch nguồn cũng như F không cần đo. Phương pháp này được trình bày như sau :

Chụp theo cách thông thường để có ảnh chụp bức xạ của vật kiểm theo hai chiều.

Đánh dấu vị trí khuyết tật lên mặt trên của vật kiểm theo hai chiều.

Đặt hai sợi dây mảnh bằng chì lên vật kiểm (một được đặt lên bề mặt ở phía

nguồn và dây kia lên bề mặt phía film), nằm gần và dọc theo chiều dài ở bất cứ cạnh

nào của khuyết tật. Cần phải đặt cẩn thận để tránh hình ảnh của khuyết tật và hình

ảnh của vật đánh dấu trùng hoặc trộn lẫn lên nhau.

Chiếu hai lần trên cùng một film, mỗi lần chiếu với liều chiếu bằng một nửa liều

chiếu tổng cộng tương ứng với khoảng cách từ nguồn đến film F cho trước. Giữa hai

lần chiếu này nguồn được xê dịch với một khoảng cách nào đó trong mặt phẳng song

song với film theo chiều dài của khuyết tật.

Sau khi xử lý tráng rửa film xong thì đo khoảng cách xê dịch ảnh của khuyết tật

và hình ảnh các sợi chì đánh dấu trên film (h.VII.67).

Từ đó nhận thấy rằng, sự dịch ảnh khuyết tật và của các vật đánh dấu tỉ lệ với

khoảng cách của chúng đến film, chiều dày vật đánh dấu được bỏ qua.

Gọi d - Khoảng cách từ khuyết tật đến mặt dưới vật kiểm.

X1, X2 , X3 - Khoảng xê dịch ảnh của sợi chì phía film, khuyết tật, sợi chì phía nguồn

Y1, Y2, Y3 - Khoảng cách từ sợi chì phía film, khuyết tật, sợi chì phía nguồn tới film

Hình VII.67. Phương pháp đánh dấu chì.

Từ đó nhận được một đường thẳng (h.VII.68a) Y = f(X). Từ đồ thị này có thể đánh

giá được khoảng cách từ khuyết tật đến film Y theo sự dịch chuyển hình ảnh của

khuyết tật X.

Một cách tốt hơn là vẽ đồ thị khoảng cách từ hai vật đánh dấu đến mặt dưới của

vật kiểm theo khoảng xê dịch hình ảnh (h. VII.68b). Cách này không cần đo chiều

dày cassette và màn tăng cường. Trong trường hợp này thì khoảng cách từ mặt dưới

của vật kiểm đến vật đánh dấu phía film bằng không và khoảng cách từ vật đánh dấu

đặt ở phía nguồn đến mặt dưới vật kiểm chính là chiều dày δ.

Hình VII.68. Đồ thị biểu diễn khoảng cách theo khoảng dịch ảnh.

Từ (h.VII.68) có thể tìm được khoảng cách từ khuyết tật đến mặt dưới vật kiểm

d, nếu biết được khoảng xê dịch hình ảnh của khuyết tật, ngoài ra d cũng có thể được

tính theo công thức sau:

(7.22)

III.5.6. Chụp ảnh bức xạ các mẫu có chiều dày thay đổi

Trong các trường hợp này thường khó đạt được độ đen cho phép với những phần

mỏng và dày chỉ trong một ảnh chụp bức xạ. Sự khó khăn này có thể khắc phục được

theo ba cách sau đây :

(i) Làm giảm độ tương phản của ảnh chụp bức xạ bằng cách sử dụng

Bức xạ tia X hay tia gamma có năng lượng cao.

Các bộ lọc nằm giữa ống phát bức xạ tia X và vật kiểm.

Film có độ tương phản thấp.

(ii) Đệm bù

Không chỉ kiểm tra liên kết hàn ống chữ T, mà khi kiểm tra các liên kết hàn chiều

dày thay đổi đột ngột người ta cũng dùng đệm bù là chất rắn (đặc/bột) hay chất lỏng.

Mục đích dùng đệm bù để làm đều độ đen trên ảnh chụp (h.VII.69). Đệm bù được

chế tạo từ các vật liệu có mật độ và nguyên tử số tương đương vật kiểm. Thường

dùng muối của các chất nặng, phoi bột...

Hình VII.69. Sử dụng đệm bù khi chụp: 1) – nguồn; 2) – vật kiểm; 3) – đệm bù; 4) -

film

(iii) Dùng nhiều film có tốc độ khác nhau: Điện áp, liều chiếu và các loại film kết hợp

sao cho chỉ trong một lần chiếu sẽ được độ đen cần thiết, các phần dày của vật kiểm

được ghi nhận bằng film nhanh, phần mỏng được ghi bằng film chậm (h.VII.70).

Hình VII.70. Kỹ thuật chụp film kép có tốc độ khác nhau

Nếu sử dụng các màn tăng cường bằng chì sẽ làm tăng hoặc giảm tỉ số liều chiếu lên

các film.

Ví dụ: nếu film chậm với màn tăng cường bằng chì được đặt trước một film nhanh,

thì tỉ số liều chiếu bị giảm xuống; vì film nhanh hơn sẽ bị trở nên ít nhanh hơn do sự

hấp thụ bức xạ trong các màn chì của film chậm đã cản trở và ngược lại cũng vậy.

Bằng cách này thì ta có thể thay đổi liều chiếu tương đối của các film một cách lệch

nhau. Vì vậy việc sử dụng các màn tăng cường bằng chì đôi khi có lợi.

III.5.7. Kiểm tra chất lượng hàn điện tiếp xúc bằng chụp ảnh bức xạ

Trong quá trình hàn điểm và hàn đường (lăn) các tấm mỏng, điện cực hàn ép chặt

các tấm tại vùng hàn. Khi cho dòng điện cường độ cao đi qua vùng tiếp xúc dẫn đến

sự chảy dẻo kim loại tạo thành nhân hàn, liên kết

các phần tử với nhau. Trên ảnh chụp các liên kết

hàn này có thể phát hiện nứt, rỗ, vết tóe. Tuy

nhiên khuyết tật chủ yếu và nguy hiểm nhất của

liên kết kiểu này là không thấu. Các khuyết tật này được phát hiện bằng chụp ảnh

trong trường hợp hợp kim hàn có thành phần hóa học không đồng nhất (h.VII.71).

Hình VII.71. Sơ đồ chụp khi hàn điểm

Ví dụ hàn hợp kim duralumin Д16 hoặc magnesium MA2, khi nguội tại biên giới

các pha rắn xảy ra sự lắng các tinh thể nặng (đồng) do thiên tích nên giảm lượng

đồng. Lớp tinh thể nghèo đồng sẽ cho chùm tia bức xạ đâm xuyên dễ hơn và trên film

hiện lên vòng tối bao quanh vùng nhân hàn màu sáng. Nếu quá trình hàn tạo thành

nhân tốt thì trên film không có vùng tối.

Khó phát hiện được khuyết tật hàn điểm và hàn đường các hợp kim titan và thép

bằng chụp ảnh bức xạ vì không có sự khác biệt lớn giữa nhân chảy dẻo với kim loại

cơ bản trên film. Khi cần phải kiểm tra người ta đưa các vật liệu tương phản dưới

dạng bột khô, bột nhão hoặc lá mỏng vào giữa các tấm hàn. Vật liệu tương phản có

hệ số suy giảm lớn hơn kim loại cơ bản. Trong quá trình hàn kim loại tương phản

chảy ra và tập trung tại biên giới nhân hàn, điều này cho phép phát hiện khuyết tật tại

nhân trong quá trình chụp.

III.5.8. Kiểm tra mối hàn vảy và liên kết dạng tổ ong

Các khuyết tật chủ yếu của hàn vảy được phát hiện bằng chụp ảnh bức xạ là nứt, tại

vảy hàn và trong kim loại cơ bản; thiếu vảy hàn cục bộ hoặc vảy hàn chảy khỏi vùng

vùng hàn; rỗ hoặc lẫn vật lạ. Dạng cơ bản của liên kết hàn vảy là giáp mối, chồng

hoặc chữ T (h.VII.72). Ở các liên kết hàn này cần phải chiếu theo phương vuông góc

hoặc xiên góc với bề mặt liên kết. Trong trường hợp các ống lồng thì chiếu theo

phương vuông góc với trục ống. Trên ảnh mối hàn vảy các phần trên và dưới chồng

lên nhau; tuy nhiên nó không cản trở việc giải đoán và đánh giá chất lượng hàn vì

liên kết hàn vảy chịu lực cho đến khi hỏng toàn bộ vảy hàn.

Hình VI.72. Sơ đồ chụp các liên kết hàn vảy: a)- dạng tấm; b)- dạng ống

Trong các kết cấu dạng tổ ong người ta hàn vảy sau khi đã lắp ráp sơ bộ (thanh,

tấm), các liên kết hàn chủ yếu là hàn chồng và chữ T. Nếu thành mỏng hơn 25 mm thì

dùng kỹ thuật thành kép nhưng phải thận trọng vì dễ bị chồng ảnh. Nếu thành dày

quá 25 mm thì dùng kỹ thuật thành đơn (h.VII.73). Lúc đó sử dụng bộ lọc dạng nêm

để cho độ đen của film được đồng nhất trên diện tích chiếu khá lớn. Hình ảnh mối

hàn phía trên bị mờ đi nên không ảnh hưởng tới ảnh mối hàn dưới. Khuyết tật như

không ngấu cục bộ hoặc rỗ khí được phát hiện ở dạng vùng tối còn nứt có dạng

đường tối.

Hình VII.73. Kiểm tra kết cấu dạng tổ ong: 1)- nguồn; 2)- film; 3)- bộ lọc dạng nêm;

4)- tia trung tâm

III.6. Giải đoán và đánh giá chất lượng mối hàn sau khi chụp ảnh bức xạ

III.6.1. Giải đoán

Việc thực hiện giải đoán và đánh giá chất lượng do một nhóm chuyên gia thực hiện

và đưa ra báo cáo bằng văn bản (report). Việc giải đoán ảnh chụp bức xạ phải tỉ mỉ để

thấy được những chi tiết trên ảnh ở mức rõ nhất. Mỗi quốc gia, mỗi ngành công

nghiệp dùng kết cấu hàn đều có quy phạm và tiêu chuẩn, mức độ quy định khuyết tật

cho mình. Tuy nhiên trên ảnh chụp đều phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

Thấy được toàn bộ mối hàn, phần nhô, vùng lân cận mà chiều rộng được xác định

theo quy định

Nhìn rõ các số, chữ mã hóa, chỉ thị chất lượng ảnh.

Trên ảnh không được có các vết bẩn, xước, vân tay, đọng nước, màng trắng nhờ

do nước rửa bẩn

Không có “khuyết tật” khi chiếu chụp và xử lý film

Để có được các điều kiện cần thiết thì các yếu tố sau đây phải thỏa mãn những yêu

cầu nhất định:

Độ đen: Độ đen của film phải được đo trước khi đọc và giải đoán. Để phát hiện

được khuyết tật phải có sự chênh lệch độ đen tối thiểu, chú ý là độ đen film và độ

sáng của màn soi film là những thông số ảnh hưởng tương hỗ nhau

Độ sáng của đèn đọc film: độ sáng của đèn được chi tiết hóa cho ba giá trị độ đen

của film là 1,0; 2,0 và 3,0. Độ đen lớn hơn 4,0 thường ít được sử dụng. Ngoài ra

đối với độ sáng của màn soi film thì cần phải chú ý đặc biệt đến độ chói. Ánh sáng

phát ra từ đèn đọc film thường là trắng nhưng có thể là dải màu giữa da cam và

xanh nhạt.

Ánh sáng nền: Ánh sáng nền phải khuếch tán nên sử dụng tấm kính trắng đục

mỏng là đủ đạt yêu cầu. Ảnh chụp bức xạ phải được kiểm tra trong phòng tối hoặc

trong phòng kín, lưu ý trong phòng phải giữ ánh sáng phản xạ từ bề mặt film trực

tiếp đến mắt người quan sát càng ít càng tốt. Độ sáng của tấm kính trắng đục để

chắn ánh sáng xung quanh phải không vượt quá 10% cường độ sáng của vùng trên

film đang chiếu sáng để kiểm tra.

Thị lực của người quan sát: Những người đọc film hằng năm phải kiểm tra thị lực

tại khoảng cách xem film thông thường của họ. Nếu cần phải đeo kính hoặc dùng

một kính phóng đại để đọc film.

III.6.2. Đánh giá chất lượng ảnh bức xạ

Chất lượng có thể được xác định dưới dạng độ tương phản, độ phân giải, độ hạt

hiện ra trên một ảnh chụp bức xạ. Những yếu tố chất lượng trên lại bị ảnh hưởng bởi

một số lượng lớn các yếu tố khác mà trong số đó là : năng lượng bức xạ, quá trình

lọc, chiều dày, mật độ và nguyên tử số của vật kiểm, kích thước nguồn, khoảng cách

từ nguồn đến film và từ vật kiểm đến film, tán xạ, sự kết hợp giữa film với màn tăng

cường và giữa loại film với quá trình xử lý tráng rữa.

Trong mối hàn có nhiều loại bất liên tục nằm trên bề mặt và bên trong. Khi phát hiện

được chỉ thị về bất liên tục, bằng chuyên môn và kinh nghiệm của mình, người giải

đoán phải biết được bản chất của chúng, xác định kích thước rồi quyết định chấp

nhận hay loại bỏ.

Độ lớn khuyết tật được đo theo hình ảnh trên film bằng các dưỡng đo có chia vạch

đến 0,1 mm hoặc các lỗ với đường kính định sẵn. Do độ mở của chùm tia kích thước

trên film bao giờ cũng lớn hơn kích thước thực.

Trên biên bản kết quả kiểm tra phải ghi đầy đủ các thông số, đánh giá kết quả có thể

bằng các chữ viết tắt. Ghi nhận các bất liên tục và chỉ ra khuyết tật.

IV. KIỂM TRA BẰNG SOI ẢNH

IV.1. Phân loại các phương pháp

Soi ảnh bức xạ dựa trên cơ sở chiếu tia bức xạ ion hóa vào vật kiểm; biến đổi hình

ảnh bức xạ ẩn của vật thành ảnh khuất sáng hoặc ảnh điện tử; khuếch đại và truyền

những ảnh này trực tiếp cho người thao tác hoặc truyền đi một khoảng cách nhờ hệ

thống quang học truyền hình và mới đây là internet để sau đó phân tích ảnh thấy

được trên màn hình.

Trong thực tế người ta chia phương pháp soi ảnh thành phương pháp biến đổi trực

tiếp ảnh bức xạ ẩn của vật thành ảnh khuất sáng và phương pháp biến đổi tầng ảnh

bức xạ ẩn của vật thành ẩn khuất sáng cả với truyền quang học trực tiếp thông tin

nhìn thấy cho người thao tác cũng như truyền xa nhờ hệ thống truyền hình.

Trên (h.VII.74) trình bày sơ đồ các phương pháp biến đổi:

Hình VII.74. Các phương pháp biến đổi: 1)- Nguồn; 2)- Vật kiểm; 3)- Màn soi huỳnh

quang/ tinh thể nhấp nháy; 4)- Thấu kính; 5)- Bộ khuếch đại ánh sáng nhìn thấy điện

tử- quang; 6)- Màn hình phát quang; 7)- Bộ biến đổi điện tử- quang; 8)- Ống truyền

hình; 9)- Khối liên hệ truyền hình; 10)- Màn hình.

Trong tất cả các phương pháp trên đều dựa vào ba hiện tượng vật lý cơ bản:

Sự phát quang của các tinh thể dưới tác động của bức xạ ion hóa.

Hiệu ứng quang điện dưới tác động của bức xạ ion hóa; hoặc là gây phát quang

kèm theo sự phát xạ electron ra khỏi bề mặt vật chất trong chân không hay trong

chất khí dưới sự tác động lên bề mặt này của bức xạ.

Phát xạ electron thứ cấp khi biến đổi hình ảnh điện tử thành tín hiệu điện rồi sau

đó tái hiện lại hình ảnh nhìn thấy trong hệ thống truyền hình.

Tác động của màn hình soi ảnh huỳnh quang, tinh thể nhấp nháy và các chất phát

quang được sử dụng trong bộ biến đổi ảnh, bộ khuếch đại độ nét điện tử- quang và

ống thu vô tuyến dựa trên nguyên lý phát quang. Hiệu ứng quang điện được sử dụng

trong vidicon-roentgen, bộ biến đổi hình ảnh và bộ khuếch đại độ nét điện tử- quang.

Còn hiện tượng phát xạ electron thứ cấp – trong các ống phát và thu hình, bộ biến đổi

hình ảnh và bộ khuếch đại độ nét điện tử- quang.

Nguồn phát bức xạ ion hóa khi soi ảnh đa số là máy phát roentgen. Máy gia tốc

tuyến tính và gia tốc vòng được dùng hạn chế hơn. Các nguồn đồng vị có suất liều

phát bức xạ γ lớn (RHM= 700 ÷ 7000) cũng được dùng. Việc sử dụng lò phản ứng

hạt nhân và máy phát neutron để soi ảnh neutron cũng có triển vọng.

IV.2. Bộ ghi nhận soi ảnh

IV.2.1. Các đặc trưng cơ bản:

Các bộ ghi nhận soi ảnh cơ bản, mà chúng biến đổi ảnh bức xạ ẩn của vật thành ảnh

khuất sáng là các màn hình huỳnh quang, tinh thể nhấp nháy, bộ biến đổi điện tử-

quang và các màn hình điện phát quang (bảng VII.11). Bộ biến đổi điện tử- quang và

màn hình điện phát quang đồng thời dùng để khuếch đại độ chói sáng hình ảnh.

Ngoài ra bộ khuếch đại ánh sáng nhìn thấy và kỹ thuật truyền hình được dùng để tăng

cường độ chói sáng hình ảnh. Để bộ ghi nhận đảm bảo biến đổi trực tiếp ảnh của bức

xạ ion hóa thành tín hiệu điện người ta dùng roentgen-vidikon.

Bảng VII.11 Đặc trưng các bộ ghi nhận

Bộ ghi nhận Đặc điềm cơ bản Khả

năng

Hệ số

khuếch

Thời gian dư quang

của màn hình khi độ

Hệ số

tương

Dải năng

lượng làm

phân

giải

(mm-1)

đại độ

chói sáng

chói sáng Lv= 1 Cd/m2 phản việc

(kV)

Màn soi

huỳnh quang

Tinh thể nhấp

nháy

Màn hình điện

phát quang

Bộ biến đổi

điện tử- quang

Bộ khuếch đại

ánh sáng nhìn

thấy điện tử-

quang

Roentgen-

vidikon

Hệ thống

truyền hình

kín

Bộ biến đổi hình ảnh với

chất nền (Zn, Cd)S(Ag),

CaWO4

Bộ biến đổi hình ảnh với

chất nền CsI(Tl), NaI(Tl)

Bộ biến đổi-khuếch đại độ

chói sáng hình ảnh với chất

nền truyền quang

Bộ biến đổi-khuếch đại độ

chói sáng hình ảnh với chất

nền phát quang

Bộ khuếch đại độ chói sáng

với chất phát quang

Bộ biến đổi-khuếch đại độ

chói sáng hình ảnh

Bộ khuếch đại hình ảnh

trong ống: superorthicon,

vidicon...

3

5 – 12,5

3 – 10

1 – 3

1 – 2

0,5 – 50

--

1

5 – 15

10 – 102

103 – 10-1

104 - 105

20 – 50

--

10-2 – 10-1

10-5 – 10-8

3 – 30

10-3 – 10-1

10-3 – 10-1

10-1 – 1

10-1 - 600

1

1

2

1

1

0,7

4 - 10

60 - 150

150 – 2000

60 – 300

60 – 2000

60 – 2000

40 – 1500

--

Do việc giải đoán bằng soi ảnh người thao tác phải thực hiện bằng mắt, phổ nhìn

thấy phát sáng của màn hình cần phải tương

thích theo độ nhạy phổ với độ nhạy mắt người.

Độ nhạy mắt phụ thuộc vào bước sóng và độ

chiếu sáng ảnh trong điều kiện ban ngày và lúc

tối trời (h.VII.75)

Hình VII.75. Độ nhạy phổ của mắt (tương đối)

theo bước sóng: 1) - dưới ánh sáng Lv= 10

Cd/m2; 2) – Lv= 0,32 Cd/m2; 3) – trạng thái phổ bức xạ của màn huỳnh quang

(Zn,Cd)S(Ag)

IV.2.2. Màn hình huỳnh quang:

Nguyên lý hoạt động của màn hình huỳnh quang dựa trên cơ sở sự phát quang tức

thời của các tinh thể dưới tác động của bức xạ ion hóa (h.VII.76). Ống phát bức xạ tia

X, vật kiểm và màn huỳnh quang được đặt trong buồng bảo vệ. Bức xạ tia X truyền

qua vật kiểm sẽ kích thích chất phát huỳnh quang phát ra các vệt sáng trong vùng bị

chiếu xạ mạnh hơn. Vì vậy, hình ảnh huỳnh quang là dương bản, trong khi ảnh đã

hiện là ảnh âm bản. Ảnh trên màn huỳnh quang có thể quan sát được trực tiếp hoặc

bằng kính.

Hình VII.76. Nguyên lý soi ảnh trên

màn huỳnh quang

Hình VII.77. Quan hệ giữa năng lượng với độ

chói sáng tương đối (1) – tinh thể nhấp nháy;

(2) – màn huỳnh quang

Theo bảng 9. việc dùng chất phát quang chỉ ra rằng thành phần phổ do chúng phát ra

ánh sáng thấy phải tương thích với độ nhạy quang phổ của mắt người khi trời tối. Các

chất phát quang được dùng trong màn huỳnh quang có chiều dày trung bình 85 mg/

cm2 với mật độ khoảng 4,5 g/cm3. Các kích thước màn hình thường bằng 40*40;

35,6*35,6; 30*40; 24*30 và 18*24 (cm). Sự phụ thuộc độ chói sáng Lv của màn hình

vào năng lượng bức xạ ion hóa khi suất liều phát RHM trong không khí được chỉ ra

trên (h.VII.77).

Giá trị cực đại của tỉ số Lv/RHM ≈ 3.10-3 Cd.s/R.m2 đạt được khi năng lượng từ 45 –

55 keV. Khoảng năng lượng đó là tối ưu cho các màn hình, vì với giá trị đó độ nhạy

chiếu sáng là tốt nhất. Khi sử dụng máy phát tia X việc tăng suất liều phát, do đó tăng

cả độ chói sáng màn hình, đạt được bằng cách tăng cường độ và điện áp ống. Tuy

nhiên trong trường hợp này xảy ra sự giảm độ tương phản hình ảnh cũng như khả

năng phân giải vì năng lượng bức xạ hiệu dụng tăng lên. Ngoài ra bức xạ tán xạ cũng

ảnh hưởng không tốt đến hình ảnh nên phòng soi ảnh được lát chì và phải có dụng cụ

chuẩn trực để loại bớt chùm biên.

Cũng có thể tăng độ chói sáng màn hình bằng cách giảm tiêu cự từ nguồn đến màn

hình trong một phạm vi nào đó (h.VII.78).

Hình VII.78. Quan hệ giữa độ chói sáng

của màn huỳnh quang với tiêu cự khi điện

áp khác nhau.

Hình VII.79. Quan hệ giữa độ chói sáng

của tinh thể nhấp nháy (nét liền) và màn

huỳnh quang (nét đứt) với chiều dày thép

khi dòng không đổi.

Mức độ giảm này bị giới hạn bởi kích thước tiêu điểm nguồn, khả năng phân giải nhỏ

và độ nhòe bên trong màn hình lớn. Sự giảm chiều dày vật kiểm (h.VII.79) cho phép

nâng cao độ chói sáng. Rõ ràng với cùng điều kiện, khi chiếu xuyên qua vật liệu có

mật độ lớn hơn thì độ chói sáng trên màn hình sẽ giảm đi.

IV.2.3. Tinh thể nhấp nháy

Nguyên lý hoạt động của tinh thể nhấp nháy dựa vào khả năng của các đơn tinh thể

dạng CsI (Tl), NaI (Tl), KI (Tl) được phát sáng khi bức xạ ion hóa tác động. Các tinh

thể này vượt trội so với màn hình huỳnh quang về nhiều thông số, nhất là khả năng

phân giải và hiệu quả ghi nhận. (bảng 9.16).

Ưu điểm của các tinh thể nhấp nháy bao gồm: phổ sáng của tinh thể trùng với phổ

đặc trưng của cathode quang điện trong bộ khuếch đại chói sáng hình ảnh; cấu trúc

hạt không có cho phép tạo nên bộ dò chiều dày lớn để ghi nhận tốt các bức xạ năng

lượng cao từ 15 – 30 MeV; độ trong suốt đối với bức xạ của từng tinh thể; thời gian

dư quang ngắn (10-5 – 10-8 s) đảm bảo hình ảnh hiện ra và mất đi không bị quán tính;

có khả năng chế tạo bộ dò dưới dạng đơn tinh với đường kính đến 200 mm.

Ngoài các nhấp nháy vô cơ người ta còn dùng nhấp nháy hữu cơ như naftalin có

thời gian dư quang chỉ 10-9 sec và hiệu quả ghi nhận thấp phù hợp với các tinh thể

mật độ thấp (ρ≤ 1,3 g/cm3) và nguyên tử số nhỏ (Z≤ 6). Khác với màn hình, tỉ số độ

chói sáng Lv của tinh thể với suất liều phát RHM thực tế không phụ thuộc vào sự thay

đổi năng lượng bức xạ (h.VII.78). Khi tăng chiều dày che chắn và điện áp ống

roentgen độ chói sáng của tinh thể cũng như màn hình đều giảm nhưng mức độ giảm

độ chói sáng màn hình nhiều hơn (h.VII.79). Các

tinh thể CsI(Tl) có độ chói sáng nhỏ hơn tinh thể

NaI(Tl) khi chiếu cùng một liều bức xạ. Tuy

nhiên CsI(Tl) được sử dụng nhiều hơn do nó ít

hút ẩm hơn NaI(Tl).

IV.2.4. Màn hình điện phát quang

Nguyên lý hoạt động của màn hình điện phát quang dựa vào việc chiếu chất phát

quang nào đó dưới tác động của điện trường thay đổi, khi đó xảy ra sự khuếch đại độ

chói sáng (h.VII.80).

Hình VII.80. Cấu tạo màn hình điện phát quang

Màn hình điện phát quang hai điện cực là tụ điện dạng phân lớp cấu tạo bằng lớp nền

ngoài trong suốt 1, các lớp mờ dẫn điện 2 và 7, mà đặt giữa chúng là các lớp truyền

quang 6 và chất điện quang 3, cũng như các lớp đục 4 và 5, loại bỏ liên hệ ngược

giữa chất điện quang và chất truyền quang. Điện áp xoay chiều 600 – 800 V với tần

số 60 – 3000 Hz được đưa vào lớp phủ dẫn điện 2 và 7.

Khi chưa có bức xạ ion hóa một phần điện áp rơi trên lớp truyền quang vì điện trở

suất ở đó cao, trong lúc đó trên lớp điện quang điện áp rơi không đáng kể, cho nên nó

không phát huỳnh quang. Tuy nhiên khi chiếu chất truyền quang bằng bức xạ ion

hóa, điện trở của nó bắt đầu giảm với việc tăng cường độ bức xạ, khi đó điện áp trên

chất điện quang tăng. Điều đó gây ra sự chiếu chụp mà có thể quan sát từ phía kính 1

Nhược điểm của màn hình điện phát quang hai điện cực là thời gian dư quang lớn,

điều này hạn chế khả năng sử dụng khi kiểm tra vật kiểm chuyển động cũng như

chiếu chế độ tối.

Một số kiểu màn hình điện phát quang hai điện cực nhận được độ tương phản hoàn

toàn hình ảnh khuyết tật, điều này đạt được bằng cách đưa vào giữa các lớp 2 và 7

điện cực điều khiển dạng lưới.

Việc chọn biên độ và phase của điện áp xoay chiều cấp cho điện cực có thể làm tăng

hay giảm độ chói sáng nền và khuyết tật.

IV.2.5. Bộ biến đổi điện tử- quang của bức xạ roentgen và tia X

Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi điện tử- quang dựa vào sự phát quang của các

chất dưới tác động của bức xạ ion hóa và sau đó khuếch đại độ chói sáng lên 10 3 –

104 lần nhờ sự tăng tốc quang điện tử được phóng ra bởi cathode quang

(photocathode) trong trường tĩnh điện (h.VII.81). Bộ biến đổi điện tử- quang được có

dạng bóng thủy tinh 2 hút chân không đến 10-7 mm Hg. Bên trong bóng có đặt các

màn vào/ ra. Màn vào 3 gồm tấm nhôm hình cầu, lớp phát quang là các chất sulfide

kẽm và cathode quang antimony-caesium.

Màn ra 4 nhỏ hơn màn vào (đường kính 100 –

250 mm) 10 lần. Cấu tạo màn ra gồm anode

nhôm hình côn bên trong có tấm thủy tinh

được quét lên các lớp phát quang kẽm-sulfide-

selenide.

Hình VII.81. Cấu tạo

bộ biến đổi điện tử– quang

Bề mặt trong của bóng thủy tinh có tráng lớp dẫn điện, được dùng làm điện cực điều

tiêu. Điện cực 5 chịu điện áp không đổi 300 V, màn vào và anode chịu điện áp 25 kV.

Tia X và lượng tử γ đâm xuyên qua vật kiểm 1 làm chất phát quang bắt đầu phát

sáng. Dưới tác động của chất phát sáng này trong cathode quang xuất hiện các quang

điện tử (photoelectron), chúng được điều tiêu (định hướng) và tăng tốc bởi trường

tĩnh điện làm màn ra 4 phát sáng. Hình ảnh trên màn hình 4 được quan sát qua lớp

kính chì nhờ hệ quang 6 hoặc được truyền đến ống nhận hình.

Khả năng phân giải của màn ra tùy thuộc vào mức độ thăng giáng của hình ảnh điện

tử quang. Điều này dẫn đến khả năng phân giải không đều và thay đổi 1,5 – 3

vạch/mm tại tâm và 1,0 – 1,8 vạch/mm tại rìa màn hình. Khi tăng kích thước màn vào

sẽ làm tăng độ xói mòn hình ảnh tại rìa.

Ngoài ra trong bộ biến đổi điện tử- quang độ tương phản cũng bị giảm. Để quan sát

thuận tiện tỉ lệ hình ảnh được thay đổi bằng cách điều chỉnh điện áp giữa các điện

cực.

Có thể sử dụng nguồn bức xạ năng lượng cao hơn 1 MeV khi thay đổi cấu tạo màn

vào bằng cách đặt ở phía nguồn các tấm chì hoặc wolfram để biến đổi bức xạ sơ cấp

sóng ngắn thành bức xạ thứ cấp sóng dài và thay đổi dòng electron. Các bộ biến đổi

này có khả năng phân giải cao hơn (đạt 4 – 5 vạch/mm tại rìa màn hình ra) do sử dụng

anode rỗng trong hệ thống điều tiêu tĩnh điện dạng lưới. Chiều dày tấm kim loại được

chọn theo năng lượng bức xạ ion hóa. Ví dụ dùng tấm wolfram cùng với thủy tinh và

nhôm cho phép tăng độ chói sáng lên 10 lần ở mức năng lượng bức xạ 6 – 10 MeV.

IV.2.6. Bộ biến đổi nhiệt phát quang

Nguyên lý hoạt động của các bộ biến đổi tương tự dựa trên tính chất tích lũy năng

lượng của phospho. Khi chiếu bức xạ ion hóa cùng với ánh sáng nhìn thấy vào nó

dưới tác dụng của nhiệt sẽ tạo hình ảnh.

IV.2.7. Bộ khuếch đại điện tử -quang ánh sáng nhìn thấy

Nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại điện tử -quang dựa trên sự khuếch đại độ

chói sáng màn huỳnh quang, tinh thể nhấp nháy và bộ biến đổi điện tử- quang.

Photoelectron phóng ra từ cathode quang của bộ khuếch đại, tăng tốc liên tục trong

trường tĩnh điện và sau đó phát quang trên màn ra của từng tầng. Bộ khuếch đại điện

tử -quang đảm bảo nhận được trường làm việc trên màn ra lớn. Khi càng có nhiều

tầng thì độ chói sáng được khuếch đại đáng kể (h.VII.82).

Hình VII.82. Bộ khuếch đại điện tử -quang

Bộ khuếch đại điện tử- quang có dạng bóng chân không bằng thủy tinh 4, bên trong

bố trí các tầng khuếch đại. Mỗi tầng khuếch đại gồm cathode quang 1, màn phát

quang 2 và hệ quang học điện tử là anode hình côn 3. Mỗi tầng của bộ khuếch đại

kiểu này có thể tăng độ chói sáng đến 30 – 100 lần.

Nhược điểm cơ bản của bộ khuếch đại này là giảm khả năng phân giải, giảm độ

tương phản cũng như làm ánh sáng thay đổi chập chờn khi tăng số tầng.

IV.2.8. Roentgen- vidicon

Nguyên lý hoạt động của roentgen- vidicon dựa trên tính chất của cathode quang,

bia phát ra quang điện tử dưới tác động của bức xạ ion hóa, các electron được tăng

tốc liên tục trong điện trường và cathode của ống ghi nhận lại các hình ảnh điện tử.

Các tín hiệu nhận được sau đó được truyền qua khối truyền hình liên hệ với ống thu,

ở đó xảy ra sự biến đổi hình ảnh điện tử thành ảnh khuất sáng. Đối với các phương

pháp tầng đã nói sự biến đổi hình ảnh ẩn thành ảnh nhìn thấy đều kèm theo sự mất

mát thông tin, giảm chất lượng. Trong roentgen –vidicon không bị các nhược điểm

này vì việc biến đổi bức xạ ion hóa thành tín hiệu video được thực hiện trực tiếp.

Về mặt cấu tạo roentgen –vidicon khác với vidicon thông thường chỉ là tấm bia làm

từ đĩa nhôm được quét lên bề mặt lớp truyền quang bằng oxide chì (h.VII.83).

Hình VII.83. Cấu tạo Röntgen-vidicon: 1) – bia; 2) – tấm tín hiệu; 3) – truyền

quang; 4) – lưới; 5) – cực điều tiêu; 6) – anode; 7) – cực điều khiển; 8) – cathode

Việc sử dụng chất truyền quang tương tự bảo đảm khả năng chiếu sáng trong dải

năng lượng 40 – 1500 keV với miền năng lượng hiệu quả 60 – 125 keV. Kích thước

lớn nhất của bóng roentgen- vidicon là 300 mm. Roentgen- vidicon đảm bảo khả năng

phân giải cao trong trường hợp sở dụng phương pháp nâng cao hình ảnh roentgen.

Trong nhiều roentgen –vidicon để làm lớp nhạy người ta dùng selenium vô định hình

phủ lên màn đường kính 20 - 80 mm. Hiệu suất truyền của roentgen –vidicon tăng 2 –

50 lần, khả năng phân giải 10 – 50 vạch/mm.

IV.2.9. Hệ thống truyền hình kín

Để truyền thông tin từ màn hình của các bộ biến đổi, khuếch đại điện tử- quang

cũng như tín hiệu video nhận được trong roentgen-vidicon, người ta sử dụng hệ thống

truyền hình dạng kín mà trong đó tín hiệu video được truyền theo cáp. Sử dụng hệ

thống truyền hình kín đảm bảo an toàn bức xạ cho người vận hành, tăng độ chói sáng

và tương phản hình ảnh, cũng như thay đổi tỉ lệ của chúng. Để truyền thông tin từ các

màn hình người ta dùng các thiết bị truyền hình. Chúng gồm các ống phát, kênh vô

tuyến được nối bằng cáp đồng trục và kinescope (kính hiển vi phóng đại thấp) thu.

Trong điều kiện chiếu sáng thấp người ta dùng các ống phát kiểu superorthicon, đối

với truyền hình ảnh chói sáng cao thì dùng vidicon. Những ống này chuyển đổi ánh

sáng hoặc bức xạ tia X thành những tín hiệu điện mà sau đó được chuyển đổi thành

ánh sáng trong ống nhận ảnh của một camera truyền hình. Đặc tính của các kênh liên

lạc đóng vai trò chủ yếu đối với nội soi bức xạ vì nó lẫn nhiễu vào tín hiệu truyền làm

méo, nhòe hình ảnh. Từ ống thu kinescope cần phải bảo đảm độ chói sáng, tương

phản và nét hình ảnh trong màn hình nhỏ có độ tin cậy cao. Trong các hệ thống

roentgen-vidicon chúng đóng vai trò ống truyền hình.

IV.3. Phương pháp và kỹ thuật soi ảnh

IV.3.1. Độ nhạy

Tương tự như chụp ảnh, tiêu chí cơ bản của chất lượng ảnh khi soi ảnh là độ nhạy

tương đối. Độ nhạy tương đối cũng được đánh giá bằng chỉ thị chất lượng ảnh (dây,

lỗ, rãnh).

Độ nhạy tương đối Wr phụ thuộc vào các thông số chiếu cơ bản được xác định theo

quan hệ

Wr= (7.23)

Công thức này đúng khi không có xói mòn mép hình ảnh khuyết tật dạng răng cưa

và cần phải tính đến ảnh hưởng của các thông số bức xạ vật lý như B và μ, chiều dày

vật kiểm δ, ngưỡng tương phản mắt người Cm.

Trong điều kiện soi ảnh thực tế, hình ảnh khuyết tật luôn bị xói răng cưa được đặc

trưng bằng độ nhòe hình ảnh U. Ảnh hưởng của độ nhòe làm cho độ nhạy giảm đi,

quan hệ trên được bổ sung dưới dạng:

Wr= (7.24)

Ở đây: ∆b – chiều rộng khuyết tật, mm (h.VII.84a)

Ngưỡng tương phản mắt Cm; trong điều kiện tối trời

Cm= (7.25)

Ở đây: Dz – đường kính con ngươi, cm; ψ – góc nhìn hình ảnh khuyết tật, rad; θ –

thời gian lưu ảnh, s; p – độ nhạy võng mạc, đơn vị tương đối; ∆Lv – chênh lệch độ

chói sáng giữa ảnh khuyết tật với phông màn hình.

Đối với nguồn bức xạ điểm, khi độ nhòe hình học Ug và độ nhòe cố hữu Ui bằng

không:

HìnhVII.84. Sơ đồ tạo ảnh khi nội soi, nguồn điểm có d =0

ψ=F.∆b/l(F-a) (7.26)

Đối với nguồn dài (h.VII.84b), khi Ug≠ 0; còn Ui=0:

ψ=(F.∆b-ad)/(F-a).l (7.27)

Độ nhòe tổng của ảnh khuyết tật trên màn hình nội soi được xác định theo

U=

IV.3.2. Độ tương phản

Độ tương phản hình ảnh bức xạ ẩn Cc được đặc trưng bằng tỉ số giữa chiều dày

khuyết tật μ.∆δ, thể hiện quãng chạy tự do của bức xạ trong vật chất, với hệ số tích

lũy bức xạ B bị tán xạ trong vật kiểm:

Cc= μ.∆δ/B (7.28)

Độ tương phản hình ảnh khuất sáng được xác định bằng tỉ số chênh lệch độ chói

sáng hình ảnh khuyết tật Ld và phông nền Lf với độ chói sáng phông nền Lf:

Ci= (Ld-Lf)/Lf = ∆Lf/Lf (7.29)

Độ tương phản γL của bộ ghi nhận soi bức xạ được đặc trưng bằng sự mất mát hoặc

tăng tương phản hình ảnh khuất sáng so với độ tương phản hình ảnh bức xạ:

γL= Cc/ Ci (7.30)

IV.3.3. Khả năng phân giải R

Khả năng phân giải của bộ ghi nhận soi bức xạ tương tự như khả năng phân giải của

chụp ảnh bức xạ. Đối với các ghi nhận này tích số giữa khả năng phân giải R (số vạch

trên mỗi mm) với độ nhòe tổng U (mm): R.U≈ 1,5. Ví dụ khi độ nhòe cho phép

[U]=0,5 mm thì hệ ghi nhận có khả năng phân giải R=3 vạch/mm

Khi sử dụng hệ thống truyền hình, ngưỡng tương phản mắt Cm

Cm= 1 – (7.31)

Ở đây γL – độ tương phản của hệ thống ống thu, phát và các kênh liên lạc.

Với hệ thống truyền hình lý tưởng γL= 1. Khi quan sát các hình ảnh truyền hình lớn

giá trị ngưỡng tương phản Ct≈ 0,02. Như vậy:

Wr =0,02. .100% (7.32)

Khi quan sát hình ảnh nhỏ

Cm=

Các thông số thực nghiệm về độ nhạy của phương pháp được chỉ ra trên (h.VII.85)

đối với các kiểu ghi nhận khác nhau so với chụp ảnh. Độ nhạy phương pháp khi kiểm

tra kim loại mật độ trung bình (thép, đồng...) chỉ bằng 1/2 – 1/4 so với chụp ảnh bức

xạ, cho nên người ta chỉ sử dụng phối hợp phương pháp soi ảnh cùng với chụp ảnh để

kiểm tra sản phẩm hàn nhanh và tin cậy vì có thẻ chụp ảnh lại.

Hình VII.85. Độ nhạy khi nội soi và chụp

ảnh tia X: 1) – bộ biến đổi quang –điện tử;

2) – tinh thể nhấp nháy + khuếch đại

quang điện tử; 3) – tinh thể nhấp nháy +

truyền hình kín; 4) – film hạt thô; 5) – film

hạt mịn; 6) – roentgen-vidicon

Khi kiểm tra liên kết hàn có chiều dày không lớn hoặc kim loại nhẹ độ chói sáng

được đảm bảo cực đại thì độ nhạy kiểm tra theo phương pháp soi ảnh không kém so

với chụp ảnh. Năng suất soi ảnh khi kiểm tra hàn đạt được 1 – 2 m/ph mà không thấy

giảm độ nhạy rõ rệt.

IV.3.4. Phương pháp ảnh nổi:

Một trong những ưu điểm quan trọng của soi ảnh bức xạ là khả năng nhận được ảnh

nổi của vật kiểm cố định hoặc di động khi chiếu bức xạ ion hóa từ hai nguồn dưới các

góc khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ số ngày nay, kỹ thuật soi ảnh nổi và

đặc biệt là chụp cắt lớp (computer assisted tomorgaphy – CT) đã được sử dụng phổ

biến trong y tế và đang bắt đầu chuyển sang soi ảnh công nghiệp. Vật kiểm được

quan sát bằng hai mắt hiện lên theo luật phối cảnh thực và theo đúng quan hệ không

gian với nhau, vì mỗi mắt nhận được hình ảnh vật hơi khác nhau. Hai hình ảnh của

hai mắt được phối hợp lại bởi bộ não gây ra cảm tưởng ba chiều. Như vậy, thay thế

đôi mắt bằng hai nguồn bức xạ, nếu tách hai ảnh ra và quan sát đồng thời thì chiều

thứ ba sẽ được nhìn thấy. Những cặp ảnh nổi này được đọc bằng máy đọc gồm hệ

lăng kính và gương cho phép mỗi mắt nhìn một ảnh (h.VII.86).

Hình VII.86. Sơ đồ phương pháp thực hiện và quan sát ảnh nổi

Các cặp ảnh nổi lý tưởng được tạo thành bằng cách nhìn hai ảnh với nguồn dịch

chuyển song song với bề mặt vật một khoảng bằng khoảng cách giữa hai đồng tử

(65±3 mm). Khoảng cách vuông góc từ nguồn đến vật F≈ 600 mm. Quan sát ảnh nổi

rất rõ nếu vật kiểm có cấu trúc đồng đều theo toàn khối.

V. KIỂM TRA BẰNG GHI ĐO BỨC XẠ

V.1. Phân loại các phương pháp

Kiểm tra bằng ghi đo bức xạ dựa trên việc chiếu chùm tia hẹp bức xạ ion hóa vào

vật kiểm; sự thay đổi mật độ dòng hoặc trạng thái phổ của bức xạ truyền qua tỉ lệ với

tín hiệu điện (điện áp không đổi, dòng hoặc số biểu thị theo mã hóa).

Trong thực tế kiểm tra bằng đo bức xạ được chia thành các phương pháp chính: dòng

trung bình và xung. Sự khác nhau cơ bản giữa chúng được xác định bằng phương

pháp ghi nhận bức xạ đâm xuyên và sự xử lý điện tử của thông tin dò khuyết tật

(h.VII.87).

Hình VII.87. Sơ đồ kiểm tra bằng ghi đo bức xạ: 1)- nguồn; 20)- vật kiểm; 3)-

kollimator; 4)- detector; 5)- khuếch đại; 6)- đồng hồ ghi nhận; 7)- khuyết tật

Bất kỳ hệ thống kiểm tra đo bức xạ nào đều có nguồn bức xạ, đầu dò, sơ đồ điện tử

xử lý thông tin, đồng hồ ghi nhận hoặc số đọc. Để làm nguồn bức xạ người ta sử

dụng chủ yếu là nguồn đồng vị γ, máy gia tốc, ít khi sử dụng máy phát tia X hoặc

nguồn neutron. Đầu dò bức xạ thì thường dùng các tinh thể nhấp nháy với ống nhân

quang điện tử, các loại khác như buồng ion hoá, đầu dò điện khí, ống đếm bán dẫn.

Với phương pháp dòng trung bình tín hiệu ghi nhận được đưa ra dưới dạng dòng

trung bình, mà giá trị của nó phụ thuộc vào kích thước khuyết tật. Với phương pháp

xung tín hiệu được ghi nhận dưới dạng các xung liên tục, phương pháp này lại được

chia ra thành một số dạng khác nhau trong đó quan trọng nhất là đếm xung và đếm

phổ. Ở phương pháp đầu số lượng xung được ghi nhận theo sự thay đổi dòng bức xạ

đâm xuyên; phương pháp sau ghi nhận các xung năng lượng xác định của bức xạ

đâm xuyên, điều này làm giải đoán được thông tin trong phạm vi đã cho. Ưu điểm

của ghi đo bức xạ:

Có khả năng kiểm tra không tiếp xúc các sản phẩm chuyển động khi sản xuất hàng

loạt với sự phản hồi lại quá trình công nghệ chế tạo.

Các thiết bị điện tử tác động nhanh thích hợp với bản chất điện của tín hiệu ra,

điều này cho phép năng suất kiểm tra cao.

Nhược điểm chính của ghi đo bức xạ :

Do phải ghi nhận đồng thời tín hiệu khuyết tật cùng với sự thay đổi cục bộ chiều

dày vật kiểm, nên khó xác định được hình dạng, kích thước, chiều sâu và định

hướng khuyết tật

Bức xạ tán xạ ảnh hưởng xấu đến độ nhạy

Quan hệ nghịch giữa độ nhạy và năng suất kiểm tra.

Những nhược điểm trên được giảm thiểu khi sử dụng nguồn có hoạt độ riêng cao và

các thiết bị điện tử tác động nhanh. Ảnh hưởng của bức xạ tán xạ được giảm khi dùng

chùm bức xạ cứng qua chuẩn trực hoặc dùng phương pháp đếm phổ ghi nhận và xử

lý thông tin, điều đó cho phép nhận được độ nhạy cao với công lao động nhỏ.

V.2. Đầu dò khuyết tật bằng ghi đo bức xạ

V.2.1. Những đặc trưng cơ bản của các đầu dò (detector) ghi đo bức xạ

Hiệu suất ghi nhận – tỉ số các hạt tích điện, lượng tử γ hoặc neutron với tổng số

hạt đập vào đầu dò.

Độ nhạy đầu dò – tỉ số giữa sự thay đổi số ghi nhận được trong một đơn vị thời

gian của các xung hay giá trị điện tích trung bình đối với sợ thay đổi mật độ dòng

hoặc cường độ bức xạ.

Biên độ năng lượng cho phép của đầu dò – tỉ số chiều rộng của đường cong phân

bố biên độ xung trên nửa chiều cao cực đại đối với độ lớn xung, tương ứng với

cực đại của phân bố.

Thời gian cho phép đầu dò – khoảng thời gian nhỏ nhất ghi nhận độc lập các phần

tử bức xạ đập vào đầu dò.

V.2.2. Ống đếm (detector) nhấp nháy

Nguyên lý hoạt động của ống đếm nhấp nháy dựa trên việc đo cường độ lóe sáng

xuất hiện trong chất phát quang khi bức xạ ion hóa đi qua chúng. Để ghi nhận sự lóe

sáng người ta sử dụng ống nhân quang-điện tử.

Các chất phát quang như (Zn, Cd)S(Ag), CaWO4, tinh thể CsI (Tl), NaI(Tl) được

dùng làm tinh thể nhấp nháy và các chất nhấp nháy hữu cơ là anthracene, naftalin.

Ống đếm làm việc như sau: bức xạ ion hóa (h.VII.88) đi vào bộ nhấp nháy 1 gây ra

kích thích. Năng lượng tiêu hao biến thành các tia lóe sáng thông qua quá trình phát

huỳnh quang. Một phần ánh sáng đập vào cathode quang 2 của ống nhân quang điện

tử được đặt trong bóng 5 đã hút chân không. Cathode quang antimony-caesium đục

mờ 2 được đánh dấu trên mặt trong của ống nhân quang – điện tử. Do các photon bị

hấp thụ ở cathode quang làm photoelectron bật ra khỏi cathode. Từ cathode, nhờ điện

trường, chúng bay qua màng chắn điều tiêu 3 đập vào bộ nhân điện cực 4 rồi được

tập trung tại anode 6. Các dòng điện xung ở anode được phân tích bằng các mạch

điện tử tổ hợp. Năng lượng cho ống nhân quang điện tử được cấp từ nguồn điện xoay

chiều ổn định U =1000 ÷ 2000 V qua đầu chia 7. Khi dòng qua điện trở 8 xuất hiện

xung điện áp, xung đó tác động vào đồng hồ ghi 9. Đồng hồ đo gồm bộ khuếch đại,

dụng cụ ghi, bộ đếm cơ hoặc hiện số.

Hình VI.88. Cấu tạo ống đếm nhấp nháy

Ưu điểm cơ bản của ống đếm nhấp nháy là: hiệu suất ghi nhận bức xạ ion hóa cao do

tinh thể có mật độ lớn (bảng VII.12); thời gian dư quang nhỏ (10-8 – 10-9 s) làm khả

năng phân giải tức thời cao và cho phép đo ở tốc độ cao; quan hệ tỉ lệ thuận giữa biên

độ xung ánh sáng với năng lượng hạt, điều này thuận tiện cho phương pháp đếm phổ.

Bảng VII.12 Hiệu suất ghi bức xạ ion hóa bằng các đầu dò ghi đo bức xạ

Detector Năng lượng bức xạ tia X và γ, MeV Neutron

0,005 0,05 0,66 1,25 6 14 0,03 0,05

eV

MeV

Ống đếm nhấp nháy

Buồng ion hóa

Ống đếm nạp khí

80 – 100

1 – 2

30 - 50

100

1 – 2

0,05 - 1

56

1 – 2

0,3 - 1

45

1 – 2

0,8 - 1

34

1 – 2

5

37

1 – 2

12

90 – 100

--

24

5

--

0,17

V.2.3. Buồng ion hóa

Khi các hạt tích điện đi qua thể tích hoạt động 1 của detector, một số cặp ion được

sinh ra. Nếu tất cả các hạt tích điện được hấp thụ hoàn toàn trong thể tích hoạt động

thì số cặp ion sinh ra tỉ lệ với năng lượng của hạt tích điện. Nếu giữa điện cực 2 và 3

trong thể tích 1 được cấp điện từ nguồn cung 4 thì các ion âm sẽ chuyển động về cực

dương và ngược lại (h.VII.89).

Hình VII.89. Cấu tạo buồng ion hóa Hình VII.90. Quan hệ giữa điện áp và cường

độ trong detector

Trong mạch xuất hiện dòng điện có cường độ tỉ lệ với cường độ của bức xạ chiếu

vào, ampermeter 5 ghi lại giá trị dòng điện này. Khi cường độ bức xạ không đổi nếu

tăng hiệu điện thế U thì tốc độ các ion sẽ tăng. Vì thế thời gian để tái hợp giảm đi và

phần điện tích thu được tăng lên. Chiều cao xung (hoặc cường độ dòng điện) ban đầu

sẽ tăng tỉ lệ với U (vùng I, h.VII.90), sau đó cường độ không đổi đạt giá trị dòng bão

hòa rồi tiếp tục tăng lại. Buồng ion hóa thường làm việc theo chế độ dòng bão hòa,

khi mỗi tác dụng ion hóa cho từng phần của dòng. Chính dòng bão hòa quyết định

cường độ bức xạ đâm xuyên.

Trong thực tế người ta sử dụng buồng ion hóa xung để đo số hạt và năng lượng của

chúng bằng cách ghi nhận các xung của dòng xuất hiện trong buồng khi điện tích qua

buồng. Người ta cũng sử dụng các buồng ion hóa dạng liên kết để đo dòng ion hóa

xuất hiện khi dòng các hạt chạy qua buồng sau khoảng thời gian nào đó.

V.2.4. Ống đếm điện khí

Nguyên lý hoạt động của ống đếm điện khí

(h.VII.91) dựa vào sự phóng điện qua chất khí,

kèm theo việc tăng dòng điện ion hóa. Các điện

cực 2 và 3 trong buồng đo 1 được nạp điện từ

nguồn, khi bị kích thích các phần tử ion hóa

bay qua thể tích hoạt động tạo thành dòng điện.

Hình VII.91. Cấu tạo ống đếm điện khí

Tùy thuộc vào đặc trưng của ống đếm phóng điện qua khí mà người ta chia ra làm

ống đếm tỉ lệ (vùng II, h.VII.90) và ống đếm Geiger Müller (vùng IV, h.VII.90).

Nếu điện áp tăng quá vùng bão hòa thì các điện tử phát ra từ ion hóa sơ cấp được

tăng tốc để có thể sinh ra các ion hóa thứ cấp và làm tăng số điện tích gom được. Hệ

số khuếch đại tại một giá trị điện áp cho trước không phụ thuộc vào ion hóa sơ cấp, vì

vậy nó tỉ lệ từ điểm bắt đầu đến điểm cuối của vùng điện tích gom được. Để tạo ra

ion hóa thứ cấp, các electron phải ở trong điện trường mạnh, thường các ống đếm tỉ

lệ có cấu trúc đồng trục. Điện trường đạt cực đại và khuếch đại trong khí chỉ xảy ra ở

gần anode. Ống đếm tỉ lệ làm việc ở chế độ xung và có mạch điện đơn giản nên cho

phép phát hiện được các hạt có năng lượng thấp trước khi bị nhiễu. Sự phụ thuộc của

kích thước xung đối với ion hóa sơ cấp tạo ra khả năng phân loại các bức xạ khác

nhau. Ví dụ có thể đếm được các hạt α khi có các hạt β, các mạch điện tử tách các

xung nhỏ do các hạt β sinh ra.

Tiếp tục tăng điện áp trong ống đếm thì điện tích gom được không còn tỉ lệ với ion

hóa sơ cấp. Khuếch đại khí làm tăng số đỉện tích đến giá trị giới hạn được xác định

bởi các đặc trưng vật lý của buồng ion hóa, vùng này được gọi là vùng GM. Electron

sinh ra do ion hóa sơ cấp có đủ năng lượng để gây ra kích thích các nguyên tử cũng

như ion hóa thứ cấp. Các nguyên tử bị kích thích này khi chuyển về trạng thái cơ bản

phát ra các photon tử ngoại. Các photon này đập vào cathode lại phát ra các electron,

các electron này tăng tốc về phía anode gây ra ion hóa và kích thích... Quá trình sẽ

chấm dứt khi các ion dương chuyển động chậm lại tạo thành bó quanh sợi anode. Hiệ

tượng này làm giảm điện trường đến mức các electron không thể gây kích thích và

ion được nữa. Tùy thuộc vào loại khí chứa trong thể tích hoạt động ống đếm GM lại

được chia ra làm loại tự dập tắt, tức là sự phóng điện tự ngừng sau khoảng 10 -7 sec;

loại kia là không tự tắt, tức là phóng điện xảy ra liên tục nếu không có tác động bên

ngoài.

Trong thực tế ống đếm tự dập tắt được sử dụng rộng rãi, bên trong nó nạp đầy hỗn

hợp argon và hơi cồn. Người ta cũng nạp hỗn hợp khí trơ neon với argon và thêm

chlor hoặc brom. Tuổi thọ của các ống đếm này gần như không giới hạn vì các phân

tử halogen phục hồi được hoàn toàn sau khi bị phân ly từng phần thành nguyên tử.

Để ghi đo các tia bức xạ mềm γ thành ống là vật liệu nhẹ (thủy tinh, nhôm, mica); các

tia cứng – chì, wolfram.

Ống đếm GM được chế tạo theo nhiều dạng và kích thước khác nhau hoạt động ở

chế độ xung. Điện áp làm việc 300 – 1750 V, độ nghiêng của vùng phẳng là 0,05 –

1,5% với 1 V, phụ tải xung cực đại 3000 – 6000 sec-1 và thời gian phục vụ đến 200 h.

Ống đếm GM được dùng để đo các loại bức xạ γ, tia X và hạt β do bản chất ion hóa

riêng của chúng nhỏ không cho phép chúng phát hiện được các loại bức xạ khác.

V.3. Phương pháp và kỹ thuật ghi đo bức xạ

V.3.1. Độ nhạy

Độ nhạy tương đối Wr khi kiểm tra khuyết tật bằng ghi đo được xác định bằng tỉ số

giữa chiều dày khuyết tật ∆δ với chiều dày vật kiểm δ:

Wr=∆δ/ δ*100% = (7.33)

Trong đó: ∆Mmin – thay đổi nhỏ nhất của tín hiệu ra đo được; M – giá trị trung bình

của tín hiệu trên mạch điện tử ra.

Phương trình này đúng khi diện tích tiết diện ngangcủa chuẩn trực Sk (cm2) so sánh

được với diện tích khuyết tật Sd (cm2)

Độ nhạy tuyệt đối Wa khi kiểm tra bằng ghi đo bức xạ được đặc trưng bằng giá trị

nhỏ nhất của diện tích Sd hoặc thể tích Vd của khuyết tật phát hiện được khi chiếu:

Wdt = Sd = (7.34)

Wtt = Vd = (7.35)

Các công thức trên thấy rằng khi kiểm tra bằng ghi đo bức xạ, sự thay đổi cường độ

bức xạ ghi nhận được có thể như nhau, mặc dù diện tích khuyết tật khác nhau nhưng

thể tích của chúng như nhau.

V.3.2. Khả năng phân giải

Khả năng phân giải của phương pháp được đặc trưng bằng chiều rộng nhỏ nhất của

khuyết tật ∆b theo hướng vuông góc với dòng bức xạ, đối với trường hợp khi tiết diện

chuẩn trực lớn hơn nhiều diện tích khuyết tật

∆b = (7.36)

Như vậy mong muốn rõ ràng là giảm kích thước chuẩn trực để tăng khả năng phân

giải. Tuy nhiên khi đó cường độ bức xạ cũng giảm mạnh do tiết diện ngang của chùm

bức xạ giảm điều đó dẫn đến giảm cả độ lớn tín hiệu cũng như độ nhạy.

V.3.2. Năng suất kiểm tra

Năng suất kiểm tra bằng ghi đo bức xạ phụ thuộc vào cường độ nguồn bức xạ, tốc

độ xử lý của thiết bị điện tử, kích thước tuyệt đối nhỏ nhất của khuyết tật, cũng như

yêu cầu về độ tin cậy.

Trong thực tế người ta thường sử dụng các hệ thông ghi đo bức xạ sau: một kênh

(sơ đồ); hai kênh vi sai (h.VII.92a); nhiều kênh (h.VII.92b); quét (h.VII.92c).

Hình VII.92. Sơ đồ dò bằng ghi đo bức xạ: 1) – khối nguồn; 2) – chuẩn trực; 3) – bộ

chia; 4) – tinh thể nhấp nháy; 5) – khuếch đại quang –điện tử; 6) – khối điện tử; 7) –

đồng hồ ghi đo; 8) – vỏ bảo vệ; 9) – bộ lọc; I – VII: đường đến bộ khuếch đại

Khi sử dụng các hệ thống này thường muốn dùng các nguồn đồng vị có kích thước

nhỏ nhất và hoạt độ riêng lớn nhất hoặc dùng các máy gia tốc với bức xạ cường độ

cao để phát hiện khuyết tật tốt nhất. Yêu cầu khác là các thiết bị ghi nhận phải tác

động nhanh (đến 0,2 sec) để tăng năng suất kiểm tra.

Khi kiểm tra ghi đo, nguồn và đầu dò thường được đặt cố định trong lúc chiếu, còn

vật kiểm chuyển động, do đó bước quét được xác định bằng diện tích tiết diện ngang

của chuẩn trực. So với hệ thống một kênh, hệ hai kênh vi sai cho phép so sánh đồng

thời các phần có và không có khuyết tật trong vật kiểm, như thế độ nhạy của phương

pháp tăng lên. Với hệ thống nhiều kênh có khả năng tăng tốc độ kiểm lên n2 lần (n –

số kênh), tuy nhiên các hệ ghi đo này trở nên rất cồng kềnh vì mỗi kênh lại cần bộ xử

lý thông tin riêng.

Khi sử dụng hệ thống quét, các phần của vật kiểm được quét bằng cách dịch chuyển

hoặc xoay chuẩn trực để tạo nên chùm bức xạ γ hẹp chiều rộng b chạy suốt vùng

kiểm tra với chiều dài l. Hệ quét đảm bảo tăng năng suất lên l/b lần. Trong trường

hợp dùng hai đầu dò cách nhau thì quét có thể xác định được chiều sâu và hướng

khuyết tật. Năng suất kiểm tra của hệ thống quét đạt được 200 m hàn/h.

Độ nhạy của phương pháp kiểm tra ghi đo bức xạ cao hơn độ nhạy của phương pháp

chụp ảnh và nó phụ thuộc vào loại đầu dò được sử

dụng (h.VII.93), trong đó ống đếm nhấp nháy cho

kết quả cao hơn. Sử dụng nguồn đồng vị và máy gia

tốc có khả năng kiểm tra được các tấm thép hàn dày

50 – 500 mm với độ nhạy tương đối 0,3 – 2%.

Hình VII.93. Quan hệ giữa độ nhạy ghi đo với chiều

dày thép chiếu bằng Co-60: 1) - ống đếm GM; 2) - ống đếm nhấp nháy

Điều kiện bắt buộc khi kiểm tra chất lượng hàn bằng ghi đo bức xạ là bề mặt mối

hàn phải phẳng. Điều này được xác định bởi các tính chất kết hợp của các đầu dò

phải ghi nhận các thông tin như nhau cả ở khuyết tật trong, cả phần bề mặt vật kiểm.

Để loại bỏ ảnh hưởng của phần nhô người ta tiến hành làm sạch phần nhô (mài).

Trong nhiều trường hợp như đã đề cập ở các phần trên, người ta dùng chất lỏng, bột

rời, đệm bù có mật độ, nguyên tử số và các thuộc tính giống như vật liệu kiểm.

VI. KỸ THUẬT AN TOÀN BỨC XẠ

VI.1. Tác động sinh học của bức xạ ion hóa

Việc sử dụng các nguồn bức xạ ion hóa trong công nghiệp nói chung và trong kiểm

tra hàn nói riêng gây ra tác động sinh học có hại đến cơ thể người do phá hủy các tế

bào sống. Bức xạ có thể gây ra sự thay đổi thuận nghịch (khi liều nhỏ), tức là cơ thể

có thể chống chịu được sự hủy hoại xuất hiện trong mỗi cá nhân bị chiếu xạ, hoặc

không thuận nghịch (khi liều lớn). Những biến đổi này có thể xảy ra ở từng bộ phận

hoặc toàn bộ cơ thể. Tế bào sống nhạy với bức xạ hơn những thành phần khác, vì thế

các hiệu ứng của bức xạ phụ thuộc vào phạm vi và phần cơ thể bị chiếu xạ.

Do khi kiểm tra bằng bức xạ đã sử dụng nguồn ion hóa kín nên trong thực tế loại trừ

khả năng các chất phóng xạ tác động vào trong cơ thể rồi tích lũy trong mô và xương,

chúng ta chỉ đề cập đến đặc điểm của bức xạ khi chiếu vào cơ thể từ ngoài hay được

gọi là chiếu xạ ngoài.

Khi chiếu một lần vào toàn bộ cơ thể (hiệu ứng tức thời) thì có thể bị phá hủy tùy

thuộc vào liều tương đương: (0 – 0,25 Sv) – tăng tần số nhiễm sắc thể được quan sát

ở ngoại biên bạch cầu; (0,5 – 1 Sv) – biến đổi máu, suy giảm bạch cầu; (1 – 2 Sv) –

triệu chứng bức xạ cấp tính, mất khả năng cử động bình thường, buồn nôn, mệt mỏi,

chóng mặt; (2 – 4 Sv) – không thể cử động được, nôn mửa, sốt viêm miệng, tiêu chảy;

(4 – 6 Sv) – sốt, nhức đầu, tiêu chảy, giảm bạch cầu, viêm phổi có thể chết trong vòng

60 ngày; (>8 Sv) – sốt cao, hệ thống thần kinh bị hủy diệt, hôn mê, vỡ tim.

Nhạy cảm nhất đối với tác động của bức xạ là các cơ quan: mô và hạch bạch cầu, lá

lách, hạch cổ, tủy, tế bào sinh dục. Thời gian tác động của bức xạ lên cơ thể gây ra

ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình hủy hoại mô. Suất liều càng nhỏ và thời gian tác

động càng ngắn thì sự hủy hoại càng ít.

Tác động của các hạt α và β đến cơ thể ít nguy hiểm hơn so với bức xạ γ và neutron

vì quãng chạy trong mô của chúng ngắn và chưa vào đến mạch máu.

Mức độ tổn hại của cơ quan với liều hấp thụ có giá trị như nhau phụ thuộc nhiều vào

diện tích bề mặt bị chiếu. Khi trị liệu gamma khối u ác tính kích thước 20*20 đến

200*200 (mm2) bệnh nhân có thể nhận được liều tức thời 2 – 5 J/kg (Sv) mà cơ thể

không bị tổn thương rõ rệt. Cũng với liều đó nếu lên toàn thân thì sẽ có khoảng 50%

số người chết trong vòng 2 tháng.

Bền vững nhất đối với tác động bức xạ là những người hơn 25 tuổi, yếu nhất là trẻ

em vì lúc nhỏ tế bào đang phát triển nhanh trải qua quá trình phân chia nên nhạy với

bức xạ. Con người không cảm thấy tác động của bức xạ, dần dần liều hấp thụ tích lũy

lại và xuất hiện sau một thời gian nào đó. Tất cả các yếu tố kể trên đều được quy định

thành tiêu chuẩn rất chặt chẽ về an toàn bức xạ và các nội quy làm việc với nguồn

bức xạ ion hóa. Mục đích là để bảo vệ mọi người thao tác khỏi tác động có hại của

bức xạ. Ngoài những kiến thức về an toàn trong sản xuất cơ khí và hàn, những người

làm việc liên quan đến phóng xạ đều được học thêm về an toàn bức xạ. Tối thiểu thì

phải biết các yếu tố ảnh hưởng đến liều chiếu xạ là khoảng cách, thời gian và che

chắn.

VI.2. Các tiêu chuẩn vệ sinh cơ bản và phòng ngừa bức xạ

Tác động của bức xạ ion hóa đến cơ thể gây ra các tổn thương về gen trong đời

người và thế hệ sau cũng như tổn thương trong bạch cầu, ung thư, vô sinh và giảm

tuổi thọ. Nhiệm vụ chính để bảo vệ con người khỏi bức xạ ion hóa là không cho phép

xuất hiện các tổn thương về gen. Điều đó được đảm bảo bởi các liều bức xạ (ngoài/

trong) cho phép mà các liều đó người làm việc nhận được trong vòng 50 năm không

bị ảnh hưởng đến sức khỏe bản thân cũng như đời sau. Giá trị liều giới hạn cho phép

được quy định trong các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ đã được Ủy ban Năng lượng

Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và Cục Kiểm soát và An toàn Bức xạ, Hạt nhân – Việt

nam công bố.

Theo Tiêu chuẩn có các loại giới hạn liều bức xạ đối với nhân viên bức xạ ( chiếu xạ

nghề nghiêp), dân chúng (chiếu xạ dân chúng) và những người chăm sóc bệnh nhân.

Để so sánh các dạng bức xạ ion hóa khác nhau theo hiệu ứng sinh học người ta dùng

hệ số chất lượng.

Tổng liều bức xạ vào toàn cơ thể không vượt quá

D ≤ 0,02.(N-18) J/kg (7.37)

Trong đó N – tuổi người thao tác tính từ 18 tuổi. Công thức trên có nghĩa là những

người dưới 18 tuổi không được làm việc liên quan đến bức xạ

Theo Tiêu chuẩn của các nước trên thế giới trong các trường hợp đặc biệt cho phép

bức xạ nhận được vượt quá 2 lần trong một năm hoặc gấp 5 lần khi làm việc, lúc đó

người làm việc cần được cảnh báo về mức độ nguy hiểm của bức xạ tiếp theo. Việc

chiếu đặc biệt định trước như thế không cho phép trong các trường hợp nếu: i) liều bổ

sung vượt quá độ lớn tính theo công thức trên; ii) trong thời gian 12 tháng trong điều

kiện xác định người công nhân nhận được liều chiếu quá nửa năm; iii) người công

nhân khi gặp nạn hoặc khi chiếu ngẫu nhiên nhận được liều vượt quá 5 lần nửa năm;

iv) với người công nhân trong độ tuổi sinh đẻ.

Khi chiếu đột xuất với liều quá 1,25.10-2 C/kg (25 R) thì người thao tác cần phải

được kiểm tra y tế. Các trường hợp tai nạn mà người phục vụ nhận liều vượt quá 25

R, thì phải điều tra tìm nguyên nhân bằng các biện pháp đặc biệt theo hướng dẫn của

Ủy ban. Trên cơ sở thông tư và các phụ lục được ban hành, tất cả các lĩnh vực công

nghiệp đều đưa ra các nội quy chỉ thị... về việc vận chuyển, tiếp nhận, bảo quản lắp

ráp vận hành các chất và nguồn phóng xạ ion hóa, định mức chiếu, thông gió, yêu cầu

đối với vị trí và thiết bị khử nhiễm xạ cũng như khuyến cáo thực hiện các biện pháp

trên.

Yêu cầu của các nội quy y tế khi sử sụng máy kiểm tra khuyết tật γ là liều cho phép

đối với người thao tác là 2.10-10 A/kg (2,8 mR/h) hoặc 17 mR/ca, hoặc 0,1 R/tuần. Các

yêu cầu an toàn về thiết bị γ phải chắc chắn nhỏ hơn suất liều phát 2.10-10 A/kg (2,8

mR/h) tại khoảng cách 1 m từ nguồn và không vượt quá 100 mR/h tại khoảng cách

100 mm tính từ bề mặt vỏ bảo vệ. Trong bất kỳ trường hợp nào lớp bảo vệ khỏi bức

xạ ion hóa phải được đảm bảo bằng cách xây dựng khu bảo vệ chuyên dùng để đặt

các thiết bị, khoảng cách giữa nguồn với người thao tác cũng như thời gian làm việc

tại vùng phóng xạ.

VI.3. Phòng thí nghiệm kiểm tra bằng bức xạ

Các phòng thí nghiệm kiểm tra bằng bức xạ là một bộ phận có chức năng riêng trong

các nhà máy sản xuất kết cấu hàn. Chúng được đặt trong các tòa nhà riêng có các

thiết bị an toàn đặc biệt. Bên trong các phòng thí nghiệm có các dạng kiểm tra bức xạ

khác nhau: máy phát tia X, nguồn đồng vị γ, máy gia tốc... Chiều dày tường che chắn

(thường bằng chì và bê tông) của các phòng được tính toán theo năng lượng và cường

độ bức xạ, cũng như cấp chuẩn trực chùm tia. Trong nhiều nhà máy, xí nghiệp người

ta xây dựng khu vực bảo vệ trực tiếp trong các phân xưởng theo dây chuyền công

nghệ. Trong khu vực bảo vệ có các hầm kho cách ly cất riêng các đầu chiếu và các

container. Ở các nhà máy lớn các kho cách ly được trang bị các tay máy điều khiển

và quan sát quá trình nạp, xử lý qua kính an toàn. Biên chế của các phòng thí nghiệm

ngoài kỹ sư hàn còn có kỹ sư về vật lý hạt nhân.

Vì ngay cả khi không làm việc các nguồn đồng vị γ dù di động hay cố định đều phát

tia bức xạ nên chúng luôn được đặt trong kho cách ly. Chú ý rằng chiều dày kho cách

ly phải được tính theo tổng hoạt độ cao nhất của các nguồn. Các thiết bị kiểm tra

bằng bức xạ chỉ được cung cấp cho các doanh nghiệp thương mại sau khi nhận được

các giấy phép, chứng chỉ ... cùng các tài liệu theo passport về an toàn.

Các yêu cầu tương tự cũng được đề ra cả đối với các cơ sở, nhà máy công trường

mà tại đó sử dụng các phòng thí nghiệm lưu động để kiểm tra bằng bức xạ vì. Do đặc

điểm của các nơi này chỉ sử dụng dịch vụ kiểm tra bức xạ ngoài vấn đề về an toàn

bức xạ còn phải đào tạo tuyên truyền cho mọi người. Trong trường hợp kho cách ly

không đặt trong phòng thí nghiệm lưu động hoặc được xây dựng tạm thời gần nơi

tiến hành các nguyên công khác thì phải cân nhắc và tính toán vùng an toàn cẩn thận

và bố trí thời điểm kiểm tra sao cho rất ít công nhân xung quanh. Ở Việt nam trong

thời gian qua không ít lần xảy ra các sự cố về nguồn phóng xạ. Trong khu vực thao

tác kiểm tra có lắp đặt các kênh dẫn nước, thông gió, nước thải, các nguồn năng

lượng cùng các phương tiện vận tải.

Phòng thí nghiệm không chỉ có khu che chắn cách ly mà còn có khu làm việc về

hành chính, xử lý film ảnh. Bộ phận xử lý film ảnh gồm buồng đựng film và vật dụng

kèm theo, buồng hóa chất, chỗ chuẩn bị dung dịch mới và thu hồi bạc Ag, phòng tối

để lấy và lồng film, buồng tối in tráng film ảnh, tủ sấy, phòng giải đoán và lưu giữ hồ

sơ (h.VII.94).

Diện tích và kích thước của phòng thí nghiệm cố định được xác định theo kích thước

khuôn khổ của vật kiểm, kích thước máy chiếu, nguồn theo các quy định thiết kế

xưởng cũng như các tiêu chuẩn y tế. Các phòng thí nghiệm kiểm tra trực tiếp sản

phẩm trong dây truyền chế tạo (on-line) phải có các yêu cầu đặc biệt, vì các thiết bị

kiểm tra đặt rất gần với các máy đang làm việc. Trong trường hợp này các buồng

cách ly và các camera bảo vệ được lắp đặt trực tiếp trên dây truyền có tính đến những

công nhân làm việc. Khi xác định chiều dày bảo vệ, ngoài các tia bức xạ tác động

trực tiếp, còn phải tính đến tác động của tán xạ ngược khi phản xạ từ tường, trần nhà,

khung xưởng...

Hình VII.94. Sơ đồ mặt bằng phòng chụp và xử lý

Trên các công trường lắp đặt đường ống dầu khí, lắp ráp các nhà máy và tổ hợp

điện, cầu và bồn chứa, các phòng thí nghiệm lưu động được sử dụng rộng rãi và được

đặt trên các phương tiện khác nhau: microbus, xe tải, rơmooc cũng như các loại vận

tải khác. Biên chế của các phòng thí nghiệm này thường từ 2 – 3 người thực hiện tất

cả các công việc. Mỗi ca một xe có thể chạy được 50 km và làm được 30 – 50 film.

Một kiểu phòng thí nghiệm khác là bán cố định được đặt trên rơmooc kéo tại các

công trường hoặc các xưởng hàn. Chúng được chia làm nhiều buồng với các chức

năng riêng, đối với các đầu chiếu bằng đồng vị thì đặt trong ngăn cách ly được bảo vệ

an toàn dưới khung gầm. Các phòng thí nghiệm này được trang bị máy phát điện

công suất 1 -1,5 kW để chủ động về điện nhất là khi mới xây dựng nhà máy tại các

vùng chưa có điện lưới.

VI.4. Dụng cụ đo liều

Để đảm bảo an toàn cho những nhân viên chụp ảnh bức xạ cần phải sử dụng dụng cụ

theo dõi liên tục được gọi là liều kế cá nhân. Liều kế – thực chất là dụng cụ đo liều bổ

sung để phát hiện trạng thái cường độ và năng lượng bức xạ ion hóa. Trong công

nghiệp có ba cấp liều kế chính: cấp 1 – định lượng, dùng để đo liều chiếu, liều hấp

thụ hay suất liều; loại 2 – bức xạ kế, để đo hoạt độ của đồng vị và cường độ bức xạ

ion hóa; loại 3 – phổ kế để đo năng lượng và xác định trạng thái phổ của bức xạ ion

hóa.

Theo chức năng cấu tạo của mình liều kế được chia nhỏ ra thành cá nhân, bỏ túi,

mang bởi hai người và liều kế cố định.

Những người làm việc với nguồn bức xạ ion hóa phải thường xuyên đeo bên mình

loại liều kế cá nhân. Để phục vụ giám sát các mức chuẩn về an toàn bức xạ ở những

nơi tiến hành công việc cần dùng liều kế định lượng. Nơi làm việc, buồng cách ly bắt

buộc phải được trang bị các dụng cụ đo nhiều kênh tín hiệu theo khoảng cách. các

dụng cụ đo này sẽ phát tín hiệu cảnh báo khi suất liều phát vượt quá giới hạn cho

phép trong vùng kiểm tra. Các nguồn đồng vị bức xạ đựng trong camera do bẩn, va

chạm có thể bị rò rỉ nên cũng thường xuyên kiểm tra. Các dụng cụ phổ kế cũng được

sử dụng khi kiểm tra bằng ghi đo bức xạ làm việc trong chế độ đếm xung và đếm

phổ. Hiện nay sử dụng phổ biến các liều kế cá nhân sau:

i) Liều kế film đeo (Film badge dosimeter)

Liều kế này phát hiện được bức xạ theo nguyên lý nếu bị tia bức xạ ion hóa chiếu vào

thì film sẽ bị đen sau khi được xử lý.

Độ đen ghi nhận được trên film phụ thuộc vào liều bức xạ mà một người đã nhận.

Một tấm film được dùng để đo liều tổng cộng mà một người đã nhận trong khoảng

thời gian làm việc với bức xạ.

Ưu điểm chính của liều kế film là cho kết quả lưu giữ lâu liều lượng bức xạ. Film.

trong một hộp đựng film được gắn vào dây thắt lưng hoặc túi trước của nhân viên

chụp ảnh bức xạ. Mỗi film thường được sử dụng trong khoảng thời gian là bốn tuần

và sau đó được đưa đi xử lý tráng rửa và đánh giá liều của mỗi cá nhân nhận được.

Liều kế film cho phép đo được một dải liều rộng từ 0,2 mSv đến 0,2 Sv (h.VII.95).

biểu diễn một liều kế film điển hình.

Hình VII.95. Liều kế film: 1), 2), 3)- tấm đồng; 4)- cửa sổ; 5)- lớp chì; 6)- khe quan

sát film.

ii) Dụng cụ đo liều bỏ túi (Pocket dosimeters)

Dụng cụ đo liều bỏ túi bằng sợi thạch anh dựa trên nguyên lý làm việc của dụng cụ

đo tĩnh điện bằng vàng lá. Ban đầu hai điện cực bằng lá vàng được nạp điện nằm ở vị

trí xa nhất, khi phóng điện sẽ làm cho hai điện cực tiến lại gần nhau. Một điện cực

được đặt cố định còn điện cực kia gắn dây thạch anh có thể di chuyển được. Để nạp

điện vào hệ thống dùng bộ pin nhỏ, lúc đầu dây thạch anh ở vị trí zero của thang đo

theo đơn vị là mrem. Bức xạ ion hóa chiếu vào làm giảm điện tích toàn phần trong hệ

thống và làm dây thạch anh dịch chuyển trên thang đo. Quan sát sợi dây thạch anh

qua cửa nằm trên dụng cụ đo liều. Dụng cụ đo liều bỏ túi có thang đo từ 0 - 2 mSv và

có thể sử dụng được nhiều lần. Những thang đo khác có thể đo được trong dải liều

bức xạ từ 0 – 5 mSv; 0 – 50 mSv; 0 – 0,5 Sv. Ưu điểm của các máy đo liều bỏ túi bằng

sợi thạch anh là liều bức xạ ghi nhận được có thể đọc trực tiếp ở tại bất kỳ thời điểm

nào và được đặt trong quá trình làm việc. (H.VII.96) biểu diễn một dụng cụ đo liều

bỏ túi.

Hình VII.96. Cấu tạo của dụng cụ đo liều bỏ túi.

iii) Liều kế nhiệt phát quang (Thermoluminescent dosimeter) :

Đây là một loại thiết bị đo liều bức xạ tương đối mới. Nguyên lý ghi nhận liều bức

xạ là cấu trúc vật liệu sẽ thay đổi khi bị chiếu xạ, nhưng không đáng kể và mắt

thường không thể thấy được. Nếu vật liệu bị chiếu xạ sau đó được kích thích bằng

nhiệt thì nó sẽ phát ra ánh sáng huỳnh quang với cường độ sáng tỉ lệ với năng lượng

bức xạ. Độ chói sáng huỳnh quang có thể đo được bằng cách sử dụng một detector có

bộ nhân quang điện tử và qua đó đánh giá được liều bức xạ mà vật liệu nhận được.

LiF, CaF và LiF là những chất rất hay được dùng trong liều kế nhiệt phát quang.

Liều kế này có thể đo trong một dải rộng từ một vài mrem cho đến vài ngàn rem và

rất thích hợp khi đo liều bức xạ tia X, bức xạ gamma và bức xạ beta. Nó cũng được

sử dụng như một liều kế cá nhân để đo liều bức xạ tổng cộng của một người nhận

được trong khoảng thời gian đeo liều kế này.