Giới thiệu về chụp ảnh phóng xạ công nghiệp | Tin tức

Giới thiệu về chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

16:04 20/07/2016: Chụp ảnh không phá hủy (NDT) là biện pháp kiểm tra bề mặt hoặc dưới bề mặt của vật liệu các khuyết tật bằng phương pháp không gây tổn hại hoặc phá hủy vật liệu cần kiểm tra. Một lỗi hay khuyết tật trong mối hàn giữa 2 phần của ống hoặc một vài vết nứt (gọi chung là lỗi) trong các sản phẩm đúc hoặc trong các chi tiết bằng kim loại sẽ gây ra các hậu quả nếu đưa chúng vào sử dụng.

1. Giới thiệu chung

Chụp ảnh không phá hủy (NDT) là biện pháp kiểm tra bề mặt hoặc dưới bề mặt của vật liệu các khuyết tật bằng phương pháp không gây tổn hại hoặc phá hủy vật liệu cần kiểm tra. Một lỗi hay khuyết tật trong mối hàn giữa 2 phần của ống hoặc một vài vết nứt (gọi chung là lỗi) trong các sản phẩm đúc hoặc trong các chi tiết bằng kim loại sẽ gây ra các hậu quả nếu đưa chúng vào sử dụng.
Bức xạ ion hoá khi đi qua hoặc phản xạ từ các vật phẩm trên sẽ không đồng nhất vì có lỗi trong vật phẩm. Từ sự không đồng nhất này người ta có thể phát hiện ra các lỗi trong nó mà không làm hư hại các vật phẩm. Trong xạ hình công nghiệp thường dùng nhất là phương pháp truyền qua, nghĩa là vật chụp được để ở giữa, phim và nguồn phóng xạ được để ở 2 phía đối diện. Bức xạ đi qua vật chụp có lỗi thì sẽ lọt qua nhiều hơn những chỗ khác và vì vậy để lạị trên phim hình ảnh của lỗi có độ đen nhiều hơn.
Người làm công tác xạ hình sẽ tạo ra 1 bức ảnh - Đó là 1 hồ sơ vĩnh viễn và được gọi là phương pháp kiểm tra không phá mẫu (Non-destructive testing -NDT) và cũng được gọi là kiểm tra đảm bảo chất lợng (Quality Assurance testing - QA). Phương pháp chụp ảnh phóng xạ công nghiệp là phương pháp sử dụng những bức xạ ion hóa có khả năng đâm xuyên cao (gamma, nơtron, tia X) để tạo ra những hình ảnh thấy được trong những tấm phim X-quang.
2. Nguyên tắc của chụp ảnh phóng xạ công nghiệp
Dựa trên sự hấp thụ khác nhau của môi trường đâm xuyên, 3 yếu tố cơ bản của chụp ảnh phóng xạ công nghiệp (hay còn gọi là xạ hình) là:
+ Nguồn bức xạ
+ Vật thể được kiểm tra
+ Phim để chụp ảnh
- Sau khi chiếu xạ, phim được xử lý để tạo ảnh.

2.1 Xạ hình gamma
2.1.1 Bức xạ sử dụng trong xạ hình
Một số bức xạ như Gamma, Beta, Neutron ...có thể được dùng trong xạ hình, nhưng bức xạ Gamma thường được dùng phổ biến nhất trong xạ hình. Thiết bị là có thể mang đi được và thích hợp với những công trường ở xa, điều kiện làm việc khó khăn.

Ir -192 là nguồn phóng xạ lý tưởng cho xạ hình nhưng các đồng vị phát tia Gamma khác cũng có thể được dùng, tuỳ thuộc vào vật liệu của sản phẩm cần chụp (gọi là vật chụp).
Chọn năng lượng nguồn:
+ Bức xạ phải có đủ năng lượng để đi xuyên qua vật chụp nhưng khi đi qua nơi có lỗi thì khác với các chỗ khác, vì vậy mà khi rửa phim thì chỗ bức xạ đi qua nơi có lỗi cũng sẽ khác với các chỗ khác.
Chọn hoạt độ của nguồn:
+ Nếu hoạt độ quá cao sẽ làm cho nền phim bị đen mờ đi, do đó giảm khả năng nhận biết lỗi. Mặt khác đòi hỏi phải quan tâm đến vấn đề an toàn trên 1 phạm vi rộng.
+ Nếu hoạt độ của nguồn thấp thì đòi hỏi thời gian chiếu xạ lâu hơn để có đủ bức xạ tạo thành ảnh trên phim. Mặt khác thời gian chiếu xạ lâu sẽ kéo dài thời gian làm việc và đòi hỏi đảm bảo an toàn trong thời gian dài hơn.
Các nguồn dùng trong xạ hình là những nguồn kín có cấu trúc đặc biệt. Chúng là những capsule bằng thép không rỉ chứa chất phóng xạ có hoạt độ cao. Bức xạ gamma được phát ra liên tục và phải để nguồn trong những bình chứa đặc biệt có thể mang đi được (Container).
Bình chiếu xạ - Máy xạ hình là 1 bình chứa nguồn phóng xạ ở phía trong. Xung quanh được bao bọc bằng chì hoặc Uran nghèo (U-238).
2.1.2 Thiết bị sử dụng trong xạ hình
Có nhiều kiểu dáng Máy xạ hình. Nhưng có 3 loại chính sau đây :
+ Máy có bộ phận che chắn có thể tách ra để xạ hình;
+ Máy có nguồn có thế được dịch chuyển hoặc quay đến 1 nơi có bộ phận che chắn mỏng, chế tạo trước, nhưng nguồn vẫn ở trong máy xạ hình;
+ Máy có mguồn được đấy ra khỏi máy xạ hình.

Một số hình ảnh về thiết bị dùng nguồn gamma

Hai loại đầu được gọi là Máy xạ hình lá chắn (shutter),chúng tự chuấn trục (collimator) tia bức xạ để bức xạ thoát ra được sắc nét và hạn chế kích thước của chùm tia. Cơ chế lá chắn đôi khi là tự động, đôi khi bằng tay.
Hai loại này là quan trọng đối với người thao tác. Họ có thể đứng sau máy xạ hình để giảm thiểu liều chiếu vào họ, ở những nơi mà 2 loại trên không có khả năng sử dụng vì không gian không vừa cho máy xạ hình hoặc diện tích phim bi chiếu vượt quá kích thước chùm tia thì người ta dùng loại thứ 3. Nhà thiết kế sẽ cung cấp 1 cái que gắp dài để tháo nguồn ra khỏi container. Sau đó nguồn được đặt vào chuẩn trực thích hợp; hoặc dùng để xạ hình toàn phương (panoramic).
Khi xạ hình toàn phương thì sẽ không hạn chế được hướng tia. Người điều khiển thường nhận liều cao hơn. Cho nên cần phải tuân thủ nghiêm ngặt qui định như: chiều dài của que gắp là 1m trở lên đế giữ khoảng cách giữa người điều khiển và nguồn.
Tiếp xúc với nguồn có hoạt độ cao có thế gây cho tế bào 1 sự tổn thương mà nó chưa xuất hiện trong 1 vài tuần.
Thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất là loại thứ 3, nó được gọi là bình chiếu (projection container) hoặc máy chụp có tay quay (crank - out máy xạ hình). Ta gọi 1 tên chung là máy xạ hình để phân biệt với container dự phòng cho việc giải quyết sự cố bức xạ khẩn cấp.
Thiết kế phải đảm bảo rằng người điếu khiển hầu như luôn luôn được bảo vệ khỏi sự chiếu xạ từ nguồn.
Nguồn được lắp vào đầu cuối 1 sợi dây mềm dẻo gọi là đuôi lợn (pigtail)- có nơi gọi là xích nguồn.
Một bi chặn và thanh nối bằng thép được nối chặt với đầu kia của đuôi lợn. Bi chặn cung cấp phương tiện để bảo vệ an toàn nguồn trong cơ cấu khoá của dụng cụ chiếu xạ. Đầu khác của thanh nối này nối với cáp điều khiển qua khớp nối. Một ống hình chữ s đi qua bên trong máy xạ hình không cho phép bức xạ thoát ra ngoài theo 1 đường thẳng ngắn nhất. Một chốt vận chuyển khoá lỗ ra lại và ngăn không cho cát sỏi mắc vào ống chữ s.
Các thành phần phụ của máy xạ hình bao gồm cáp điều khiển, tay quay, ống dẫn nguồn và ống dẫn nguồn nối dài. Một số loại ống chuẩn trực khít với đầu cuối của ống dẫn nguồn (vòi ống). Để tiến hành xạ hình thì vòi ống dẫn nguồn được đặt gần vật chụp, đầu kia của ống dẫn nguồn được nối với máy xạ hình.
Cáp điều khiển được nối với đuôi lợn và máy xạ hình. Đảm bào rằng cáp điều khiển nối với máy xạ hình cần phải làm quay vòng khoá để nhả đuôi lợn ra.
Quay tay quay để cáp điều khiển đẩy đuôi lợn ra khỏi máy xạ hình và đi theo ống dẫn nguồn cho đến khi nguồn đạt tới vòi ống. Ống dẫn nguồn và chuấn trực phải nối với nhau 1 cách chắc chắn bằng cách buộc hoặc giữ bởi 1 cột chống vững chắc để ngăn cản sự dịch chuyển khi nguồn đi vào vòi ống. Đảo chiều tay quay để đưa nguồn về.
2.2 Xạ hình công nghiệp bằng máy phát tia X
2.2.1 Nguyên lý hoạt động
Tia X còn có tên là tia hãm, tia Rơn-ghen (Roentgen). Một chùm hạt mang điện chuyển động với vận tốc nhanh, khi bị hãm đột ngột bởi 1 vật liệu nặng (có số z lớn) sẽ phát ra tia X thường được gọi là tia hãm hay là tia Rơn - ghen.
Máy tia X gồm 1 bóng đèn chân không, bên trong đó có 2 điện cực được đặt một hiệu điện thế rất cao, vài chục kilôvôn trở lên. Khi sợi dây ở Katốt (cực -) được đốt nóng, điện tử được giải phóng, dưới tác dụng của điện trường giữa hai cực (Katốt và Anốt) các điện tử được gia tốc và đập vào Anốt tức là bị hãm trong Anốt (Anốt được làm bằng vật liệu nặng tức là có số z hiệu dụng cao) và vì vậy theo cơ chế thì tia X (tia hãm) được phát ra từ Anốt.
2.2.2 Các loại máy
Tuỳ theo điện thế đập vào ta có các loại máy tia X khác nhau.

Một số hình ảnh máy tia X trong chụp ảnh phóng xạ công nghiệp

Nếu điện thế giữa Anốt và Katốt là điện thế xoay chiều thì ta có loại máy tia X nửa sóng. Nếu điện thế giữa Katốt và Anốt là không đổi thì ta có loại máy cả sóng.
Nếu điện thế giữa Katốt và Anốt càng cao thì ta có năng lượng của tia X càng lớn. Các máy tia X thường có điện thế từ 30, 45, 50, 70, 100, 150, 200KV và năng lượng tia X cực đại tương ứng cũng đạt được là 30, 45, 50, 70, 100, 150, 200 KeV.
Các máy tia X thì điện thế giữa 2 cực (KV) là một trong những đặc trưng của máy phát tia X. Thí dụ điện thế cực đại của máy tia X là 200 KV thì người ta ký hiệu là 200 KVp tức là điện thế tại đỉnh của máy.
Chỉ có một phần nhỏ của tia X đạt tới năng lượng tại đỉnh này còn đa số tia X còn lại có năng lượng thấp hơn. Tia X năng lượng thấp là không cần thiết cho việc chụp và rất có hại cho cơ thể, cũng như làm mờ nền phim ảnh trong xạ hình công nghiệp. Vì vậy người ta phải tìm cách khử chúng đi bằng cách dùng các tấm lọc bằng nhôm hoặc bằng đồng. Các tấm lọc này đã được nhà sản xuất gắn ngay trong máy.
2.2.3 Những đặc trưng cơ bản của máy tia X
Chất lượng của máy tia X được quyết định bởi nhiều yếu tố trong số đó thì điện thế giữa 2 cực là quan trọng hơn cả. Điện thế này càng cao thì các điện tử được gia tốc càng nhanh và lúc đập vào Anốt tạo ra các tia X có năng lượng càng cao (KV) max.
Một đặc trưng quan trọng thứ hai của máy tia X là dòng điện: suất liều phụ thuộc vào dòng điện tử chạy từ Katốt sang Anốt nhiều hay ít, dòng này lại phụ thuộc vào các điện tử bắn ra khỏi sợi đốt của Katốt, tức là suất liều phụ thuộc vào dòng điện (Imax) chạy qua sợi dây đốt của Katốt.
Liều là tích số của suất liều và thời gian chụp, chiếu. Vì vậy cùng một liều có thể nhận được từ nhiều cách khác nhau, và đơn vị của chúng là mA.s. Thí dụ: để nhận 1 liều là 10 mAs thì:
+ Nếu máy có dòng là 10mA thì ta chụp trong 1 giây
+ Nếu máy có dòng là lmA thì ta chụp trong 10 giây.
Như vậy 3 đặc trưng cơ bản nhất của máy tia X là điện thế cực đại (KVmax), dòng cực đại (Imax) và thời gian chụp chiếu (giây) hoặc đôi khi người ta dùng đơn vị đo liều là mA.s. Sai số ổn định của 3 đại lượng này không được vượt quá 10% cho mỗi đại lượng. Đây là sai số cho phép khi kiểm tra chất lượng của máy tia X.
Để kiếm tra chất lượng của máy tia X thì ngoài 3 đặc trưng điện thế cực đại, dòng cực đại, độ chính xác của thời gian, người ta còn phải kiếm tra các thông số sau đây:
+ Kích thước của tiêu điểm;
+ Độ đồng trục;
+ Trường xạ.
Nguyên lý:
- Cũng giống như tia gamma, tia X khi đi qua hoặc phản xạ từ vật chụp sẽ không đồng nhất nếu trong vật chụp có lỗi. Từ sự không đồng nhất này người ta có thế phát hiện các lỗi trong vật chụp (vết nứt, lỗ hổng…). Trong xạ hình công nghiệp người ta thường sử dụng phương pháp truyền qua. Vì vậy cách bố trí để xạ hình bằng tia X cũng giống như cách bố trí xạ hình bằng nguồn phóng xạ, nghĩa là vật chụp ở giữa, phim và máy phát tia X ở 2 phía đối diện. Tia X đi qua vật chụp có các khe nứt, lỗ hổng, ... (gọi chung là lỗi) thì tia X sẽ phát hiện ra các lỗi đó bằng hình ảnh trên phim. Chỗ nào có lỗi thì phim sẽ đậm hơn vì tia X lọt qua nhiều hơn ở các chỗ khác. Có thế dùng biện pháp soi huỳnh quang đế làm tăng hình ảnh và có thể ghi lại bằng kỳ thuật Video.
Chọn năng lượng tia X (điện áp)
Tuỳ theo vật chụp (loại vật liệu, dày mỏng ...) mà ta chọn năng lượng tia X cho thích hợp, Thí dụ:

Năng lượng tia X	Chiều dày làm việc tối ưu tương ứng (mm)
	Thép	Hợp kim
60 - 140 KVp	2,5 - 12,57	5 - 372
140-300 KVp	10-60	40- 190
Đến 8 MV	50- 150	150 450

- Chọn dòng và thời gian :
+ Cũng như nguồn phóng xạ, ngoài năng lượng ra thì hoạt độ cũng là 1 đại lượng hết sức quan trọng; còn ở máy tia X ngoài điện áp ra thì dòng cũng là 1 đại lượng quan trọng. Dòng là số điện tử chạy từ Katốt sang Anốt. Như vậy dòng phụ thuộc vào số điện tử bật ra khỏi Katốt, tức là phụ thuộc vào nhiệt độ của dây tóc. Dòng càng lớn (số điện tử đập vào Anốt càng nhiều) thì sinh ra nhiều tia X. Thực tế thì liều là tích số của dòng với thời gian xạ hình và được đo theo đơn vị là mAs (miliampe - giây).
+ Suất liều của 1 máy tia X cao hơn rất nhiều so với suất liều của những nguồn gamma xạ hình và thường được biểu diễn theo thuật ngữ của suất liều hấp thụ mGy/min ở khoảng cách 1 mét của 1 máy có dòng là lmA.
- Nếu xạ hình được tiến hành trong phòng dành cho xạ hình thì:
+ Cửa ra vào phòng phải có tín hiệu ánh sáng (đèn đỏ) để biết máy tia X đang hoạt động.
+ Ngoài phòng phải có gắn các biển báo phóng xạ.
+ Đặc biệt khoá chuyền động phải làm việc tốt. Nếu có ai vô tình mở cửa ra thì máy phải tự động tắt hoặc nếu chưa đóng cửa thì không thể khởi động máy.
+ Có tín hiệu âm thanh để báo cho mọi người ra khỏi phòng;
+ Không một ai được ở trong phòng khi máy hoạt động;
+ Phải dự kiến trước điện áp, dòng và thời gian xạ hình cần thiết cho mọi phép xạ hình (phụ thuộc vào vật chụp);
+ Lắp gá phim và ra khỏi phòng, bật máy tiến hành xạ hình.

Cục ATBXHN