Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ - 0trang

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



- Chúng truyền với một vận tốc bằng với vận tốc ánh sáng nghĩa là

3x1010cm/s.

- Chúng gây nguy hại cho tế bào sống.

- Chúng gây ra sự ion hóa, chúng có thể tách các electron ra khỏi các nguyên

tử khí để tạo ra các ion dương và ion âm.

- Chúng truyền theo một đường thẳng, là dạng bức xạ sóng điện từ nên bức xạ

hoặc tia gamma cũng có thể bị phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ

- Chúng tuân theo định luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Theo

tốn học thì I ~ 1/r2 trong đó I là cường độ bức xạ tại điểm cách nguồn phóng xạ

một khoảng r.

- Chúng có thể đi xuyên qua những vật liệu mà ánh sáng không thể đi xuyên

qua được. Độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ, mật độ, bề dày của

vật liệu. Một chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma đơn năng tuân theo định luật hấp

thụ

Trong đó:

I0= Cường độ của bức xạ tia X hoặc tia gamma tới

I= Cường độ của bức xạ tia X hoặc tia gamma truyền qua vật liệu có bề dày là

x và có hệ số hấp thụ là µ.

- Chúng tác động lên lớp nhũ tương phim ảnh và làm đen phim ảnh.

- Trong khi truyền qua vật liệu chúng bị hấp thụ hoặc bị tán xạ.

1.1.3. Tương tác của tia X với vật chất

Đối với kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ, tương tác quan trọng nhất giữa tia bức xạ

với vật chất là hiện tượng hấp thụ bức xạ. Một chùm tia X khi đi vào một chất nào

đó sẽ bị suy giảm cường độ. Hiện tượng này gọi là sự hấp thụ tia bức xạ của vật

chất.

1.1.3.1. Hiệu ứng quang điện

Khi tương tác quang điện với nguyên tử chất hấp thụ, lượng tử (photon) có

năng lượng tương đối thấp (nhỏ hơn 115KeV) truyền toàn bộ năng lượng cho

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



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 3



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



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 (điện tử quang) và dịch chuyển

trong chất hấp thụ gây ra ion hòa 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 ngun tử lượng có ngun 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 sô Z và năng lượng E



Hình 1.2: Cơ chế của hiệu ứng quang điện

1.1.3.2. Hiệu ứng Compton

Khi năng lượng tia bức xạ lớn hơn 115 keV, quá trình hấp thụ bức xạ xảy ra

chủ yếu do hiệu ứng Compton. Photon của bức xạ tới truyền một phần năng lượng

của mình cho điện tử làm cho điện bị bật ra và chuyển động với tốc độ nào đó trong

khi chính bản thân photon bị lệch hướng một góc và năng lượng bị giảm đi (hay là

bước sóng tăng lên).Trong một số trường hợp, khi các hạt photon khơng có đủ năng

lượng để đánh bật điện tử ra khỏi quỹ đạo, các photon chỉ bị lệch hướng mà không

bị suy giảm năng lượng.Như vậy hiệu ứng Compton bao gồm hai hiện tượng là hấp

thụ Compton (năng lượng của bức xạ suy giảm sau hiệu ứng) và tán xạ Rayleigh

(năng lượng của bức xạ không suy giảm sau hiệu ứng).



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 4



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



Hiệu ứng Compton xảy ra chủ yếu với các điện tử tự do và các điện tử lớp

ngồi cùng liên kết yếu hơn bởi vì những điện tử này thực sự được coi như tự do

đối với photon năng lượng cao. Xác suất của hiệu ứng Compton tăng tuyến tính với

nguyên tử số (Z) và giảm chậm khi tăng năng lượng tia bức xạ. Đối với những năng

lượng của tia bức xạ sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ (năng lượng cỡ trung bình)

thì hiệu ứng Compton là quá trình làm suy giảm năng lượng bức xạ quan trọng nhất.

[2]



Hình 1.3: Cơ chế của hiệu ứng Compton

1.1.4. Hệ số hấp thụ

Khi đi xuyên qua một lớp vật chất, các tia X hay tia gamma bị suy giảm

cường độ và năng lượng do ba hiệu ứng đã trình bày ở trên.

Giả thiết có một lát mỏng của mẫu, chiều dày “x”, chiếu một chùm bức xạ

đơn năng (chỉ có một mức năng lượng) song song với mẫu theo hướng thẳng góc.

Nếu cường độ của bức xạ tới là Io và I là cường độ của bức xạ đã truyền qua

mẫu:

I = Io.exp(-.x)

Trong đó:



 là hệ số hấp thụ tuyến tính hoặc là hệ số suy giảm, phụ thuộc vào

năng lượng bức xạ tới và mật độ của mẫu.



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 5



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



x



Hình 1.4: Định luật hấp thụ

Trong phương trình hấp thụ,  là hệ số hấp thụ tuyến tính. Hệ số hấp thụ

tuyến tính là phần bị giảm của cường độ tạo nên bởi một đơn vị chiều dày của chất

hấp thụ. Vì chiều dày thường được đo bằng cm và .x khơng có đơn vị nên  sẽ có

đơn vị là cm-1. Giá trị 1/ đôi khi được gọi là qng chạy tự do trung bình của

photon. Tích số .x = 1 được gọi là “một chiều dài phục hồi”.

-



Chiều dày một nửa (HVL)

Chiều dày một nửa của một vật liệu là độ dày của vật liệu đó để khi bức xạ



truyền qua thì cường độ bức xạ giảm đi 2 lần.

Chiều dày một nửa đặc trưng cho khả năng hấp thụ hoặc che chắn bức xạ của

một loại vật liệu ứng với bức xạ có năng lượng xác định. Giá trị chiều dày một nửa

có thể tính thơng qua phương trình hấp thụ ở trên:

I = Io.exp(-.x)

Thay: I = Io/2 và x=HVL vào phương trình hấp thụ ta được:

HVL = 0,693/

Đôi khi người ta cũng sử dụng “chiều dày giảm 10 lần” (TVL), được định

nghĩa là chiều dày của lớp vật liệu làm giảm cường độ bức xạ đi 10 lần. Nếu thay

I = Io/10 và x=TVL vào phương trình hấp thụ ta được: TVL = 2,30/.



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 6



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU

Liều chiếu là lượng bức xạ chiếu lên mẫu cần kiểm tra. Việc xác định liều

chiếu là một yêu cầu bắt buộc trước khi tiến hành q trình chụp ảnh phóng xạ để

đưa ra kết quả là phim chụp sau khi xử lý có độ đen, độ tương phản và độ nét tốt

nhất phản ánh rõ nhất các yêu cầu cần xác định, ví dụ trong kiểm tra các mối hàn thì

các khuyết tật (nếu có) phải hiện rõ nhất trên phim. Việc lựa chọn liều chiếu khơng

thích hợp sẽ dẫn đến kết quả là phim chụp bị quá đen do bức xạ đến phim quá nhiều

hoặc quá sáng do bức xạ bị suy giảm gần hết trong mẫu kiểm tra trước khi đến được

phim. Hay thường gặp nhất là các ảnh trên phim khơng rõ nét, độ tương phản kém,

gây khó khăn cho q trình giải đốn phim.

1.2.1. Định nghĩa liều chiếu

-



Đối với các máy phát tia X:

Liều chiếu là tích số giữa thời gian chiếu và giá trị dòng điện trong ống



phóng.

Liều chiếu = Thời gian chiếu x Dòng điện trong ống phóng = phút x mA

Giá trị liều chiếu phụ thuộc vào các thơng số sau:

 Điện áp của ống phóng (số KV cài đặt), xác định năng lượng của

chùm tia X.

 Dòng điện trong ống phóng (số mA cài đặt), xác định cường độ của

chùm tia X.

 Thời gian chụp (giây hoặc phút), thời gian ống phóng làm việc.

 Loại vật liệu của mẫu kiểm tra.

 Quãng đường xuyên tia của tia X trong mẫu, nếu chụp thẳng góc với

bề mặt mẫu thì qng đường xun tia chính là độ dày của mẫu.

 Khoảng cách từ tiêu điểm của ống phóng tới phim, khi khoảng cách

thay đổi thì cường độ chùm tia cũng thay đổi theo tỷ lệ nghịch bình

phương khoảng cách.

 Loại phim chụp ảnh sử dụng, tốc độ phim, loại màn màn tăng cường.



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 7



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



Các thơng số có thể thay đổi để định ra giá trị của liều chiếu là điện áp ống

phóng (KV), dòng điện trong ống phóng (mA), thời gian phát tia của ống phóng và

khoảng cách từ ống phóng tới phim.

1.2.2. Các phương pháp xác định liều chiếu



 So sánh với số liệu trước

Đôi khi một sự ghi chép các liều chiếu trước là rất hữu ích cho việc xác định

liều chiếu cho một mẫu. Nếu một mẫu tương tự đã được chụp trước đó thì liều chiếu

của nó có thể được sử dụng với các điều kiện tương tự. Chính vì thế các bảng tra giá

trị liều chiếu dựng sẵn được các nhà chụp ảnh phóng xạ sử dụng.



 Sử dụng đường cong đặc trưng của phim

Đường cong đặc trưng của phim có thể được dùng để xác định các liều chiếu

chính xác, đặc biệt đối với các mẫu được chế tạo từ các vật liệu mà việc dùng một

giản đồ chiếu thông thường là không phù hợp. Một liều chiếu thử (được xác định từ

mật độ và bề dày của vật liệu mẫu) được thực hiện và độ đen thu được trên phim

sau khi xử lý được đo lại. Liều chiếu thử này sau đó được hiệu chỉnh để cho độ đen

là 2,0 (độ đen tiêu chuẩn) bằng cách sử dụng đường cong đặc trưng của phim. Cụ

thể như sau:

Gọi liều chiếu thử là E T cho ra một độ đen là D A và độ đen tiêu chuẩn yêu

cầu phải thu được là DS (DS = 2,0). Liều chiếu tương đối tương ứng với các độ đen

DA và DS có thể xác định được từ đường đặc trưng của phim, đặt ECT là liều chiếu

tương đối tương ứng với độ đen DA và ECV tương ứng với độ đen DS. Do đó liều

chiếu chính xác E để thu được độ đen tiêu chuẩn yêu cầu, được tính bởi:

E/ET = ECV/ECT

hayE = ET xECV/ECT



 Sử dụng biểu đồ liều chiếu

Một biểu đồ liều chiếu là một đồ thị mô tả quan hệ giữa liều chiếu với chiều

dày vật liệu.Biểu đồ liều chiếu được xây dựng nhờ quá trình thực nghiệm để đưa ra

một công cụ tra cứu cho các trường hợp chụp ảnh thực tế.



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 8



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



Đối với trường hợp sử dụng máy phát tia X, biểu đồ liều chiếu được thiết lập

bởi các nhà sản xuất. Biểu đồ liều chiếu được lập ra cho các điện thế ống phóng

khác nhau, cho các vật liệu khác nhau và yêu cầu các điều kiện chính xác hoặc

tương đương về loại phim sử dụng, điều kiện của quá trình xử lý phim.

Đối với trường hợp sử dụng nguồn phóng xạ, biểu đồ liều chiếu được thiết

lập cho từng loại nguồn khác nhau, cho từng hoạt độ, cho các vật liệu khác nhau và

yêu cầu các điều kiện chính xác hoặc tương đương về loại phim sử dụng, điều kiện

của quá trình xử lý phim.

Phương pháp thiết lập biểu đồ liều chiếu cho máy phát tia X:

Nguyên lý của phương pháp xây dựng biểu đồ liều chiếu là chụp ảnh nhiều

lần với các liều chiếu (thời gian chiếu) khác nhau đối với một tấm vật liệu dạng bậc

thang có độ dày khác nhau (giá trị điện áp ống phóng khơng thay đổi). Do liều chiếu

được định nghĩa là tích của thời gian chiếu và giá trị dòng điện trong ống phóng, do

đó nếu thay đổi thời gian chiếu để thay đổi giá trị liều chiếu thì phải giữ giá trị dòng

điện trong ống phóng cố định hoặc ngược lại. Sau đó, đo độ đen trên phim tại các

bậc thang của các phim được chiếu ở các liều chiếu khác nhau.Vẽ các đồ thị quan

hệ giữa độ đen và độ dày của các bậc thang ở các giá trị liều chiếu khác nhau. Dựa

vào các đồ thị đó, xác định giá độ dày của bậc thang ứng với độ đen là 2,0 (đây là

độ đen tiêu chuẩn của một phim chụp ảnh) của các giá trị liều chiếu khác nhau. Từ

các cặp giá trị độ dày bậc thang và giá trị liều chiếu, vẽ một đồ thị biểu diễn mối

quan hệ giữa giá trị liều chiếu và độ dày vật liệu.Đó chính là đồ thị liều chiếu ứng

với giá trị điện áp ống phóng sử dụng.Thay đổi giá trị điện áp ống phóng và tiếp tục

làm các thí nghiệm như trên. Sau đó tổng hợp các đồ thị liều chiếu lên cùng một đồ

thị, ta thu được một đồ thị tổng hợp hay gọi là biểu đồ liều chiếu. u cầu trong q

trình làm thí nghiệm thiết lập biểu đồ liều chiếu là các thông số sau phải được giữ

cố định:

-



Loại máy phát tia X và bộ phận lọc tia



-



Loại phim sử dụng và loại màn tăng cường



-



Quy trình xử lý phim (loại thuốc hiện, thời gian hiện và nhiệt độ thuốc hiện)



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 9



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



-



Vật liệu mẫu (chỉ dùng cùng một mẫu bậc thang)



-



Khoảng cách từ nguồn tới phim

Muốn sử dụng biểu đồ liều chiếu để tra cứu liều chiếu cho q trình chụp



thực tế thì các thơng số trên trong quá trình chụp thực tế cũng phải tuân thủ hoặc

tương ứng.[3]

1.3. NHỮNG NGUYÊN TẮC CHỤP ẢNH BỨC XẠ

Một số yêu cầu cơ bản trong việc thực hiện chụp ảnh bức xạ:

- Phải sử dụng đúng phim, đúng màn tăng cường và năng lượng bức xạ.

- Phải hiểu rõ và kiểm soát được bức xạ tán xạ.

- Phải biết rõ những yếu tố gây ảnh hưởng tới độ tương phản và độ xác định

của ảnh chụp bức xạ và sử dụng quy trình kiểm tra để đạt được ảnh chụp bức xạ có

độ nhạy tối ưu. Thơng thường, phim được đặt càng sát mẫu vật kiểm tra càng tốt và

phải sử dụng tỷ số d/t thích hợp.

Trước khi xác định một quy trình hay kỹ thuật kiểm tra có phù hợp hay khơng

thì ta cần chú ý đến các yếu tố sau:

- Tuân thủ bất kỳ yêu cầu kỹ thuật nào.

- Các thông tin về cách sử dụng chi tiết sau cùng: yêu cầu về hoạt động, những

vùng chịu ứng suất, chịu tải, số lượng và vị trí gia cơng hoặc q trình gia tinh, các

tiêu chuẩn về an tồn.

- Lựa chọn chính xác chùm tia bức xạ phát ra, xác định vùng nào trên mẫu vật

được kiểm tra và xác định vị trí đặt phim.

- Số lần chiếu chụp cần thiết ít nhất mà đưa ra được những đánh giá đầy đủ và

chính xác về mẫu vật được kiểm tra theo những yêu cầu đã đặt ra cho chúng.

- Xác định những điều kiện chiếu chụp cho mỗi lần chụp, chú ý đến việc sử

dụng đúng loại phim, màn tăng cường và các bộ lọc.

Kỹ thuật được sử dụng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và cấu tọa của

mẫu vật.Đối với việc kiểm tra một vật đúc lớn hơn và càng phức tạp hơn thì kỹ

thuật chụp ảnh bức xạ cũng trở nên phức tạp hơn.Kỹ thuật sử dụng cũng có thể bị



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 10



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



ảnh hưởng nếu tồn tại một loại khuyết tật đặc biệt trong mẫu kiểm tra.Kích thước

hình học và thành phần cấu tạo của mẫu vật cũng là yếu tố quyết định đến lượng

bức xạ tán xạ vào phim. Do đó kỹ thuật sử dụng cần phải được điều chỉnh sao cho

làm giảm được những hiệu ứng liên quan đến tán xạ đến mức nhỏ nhất.[4]



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 11



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ DÙNG TRONG KỸ THUẬT CHỤP ẢNH BỨC XẠ

2.1. MÁY PHÁT TIA X

Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của máy phát tia X

Một thiết bị phát tia X bất kỳ đều bao gồm ba thành phần chính là:

- Nguồn phát điện tử.

- Phương tiện để định hướng và gia tốc chùm điện tử (một điện thế cao).

- Bia kim loại để điện tử bắn vào (một kim loại nặng).

Cả ba thành phần này đều được thiết kế trong một ống phóng tia X.

Nguyên lý hoạt động của ống phóng tia X dựa vào hiện tượng tạo ra tia X khi

bắn phá một bia làm bằng kim loại nặng bởi chùm điện tử được gia tốc nhờ lực điện

từ.



Hình 2.1: Nguyên lý cấu tạo của ống phóng tia X

2.1.1. Nguồn phát điện tử

Trong một ống phóng tia X, catot (cực âm) đóng vai trò là nguồn phát điện

tử. Catod bao gồm một sợi dây tóc.Khi có một dòng điện chạy qua, sợi dây tóc sẽ bị

đốt nóng. Các điện tử trong dây tóc sẽ chuyển động hỗn loạn và thoát khỏi vật liệu

trở thành những điện tử tự do. Những điện tử tự do này sẽ bao quanh sợi dây tóc

như “một đám mây điện tử”. Dòng điện trong sợi dây tóc là dòng AC từ 1 – 5A ở

điện thế từ 4 đến 12V. Dòng điện tử đi trong ống giữa catod và anod xấp xỉ bằng

0,1% dòng trên sợi đốt, vào khoảng 1 – 5mA, và có thể đo trực tiếp. Sợi đốt được

bao quanh bởi một cái cốc hội tụ thường được làm bằng sắt và Nikel siêu tinh khiết.

Nó có dạng thấu kính tĩnh điện để điều khiển dạng của chùm tia điện tử.



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 12



BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP



2.1.2. Quá trình gia tốc điện tử

Các điện tử được phát ra tại catod của một ống phóng tia X có điện tích âm.

Theo định luật cơ bản của điện tích, chúng bị đẩy bởi các vật có điện tích âm và hút

bởi các vật có điện tích dương. Bằng cách áp đặt một điện tích dương lên anod của

ống phóng tia X và điện tích âm lên catod tức là sử dụng một hiệu điện thế cao giữa

catod và anod, các điện tử tự do sẽ được tăng tốc từ catod về anod. Sau đó dòng

điện tử đã được chuẩn trục sẽ đập vào bia. Để tạo ra các bức xạ có năng lượng đủ

lớn cho kỹ thuật chụp ảnh công nghiệp, khoảng điện thế gia tốc trong ống phóng từ

30 KV – 30MV. Các ống phóng tia X thơng thường có điện thế cỡ 200- 350KV

Những điện thế cao hơn được sử dụng trong các máy gia tốc thẳng. Điện thế càng

cao thì năng lượng của tia X thu được cũng càng lớn.

2.1.3. Bia

Các tia X được sinh ra khi các điện tử có động năng lớn va đập vào một bia

kim loại. Vật liệu làm bia cần phải có những tính chất bắt buộc sau: khối lượng

nguyên tử lớn, điểm nóng chảy cao và dẫn nhiệt tốt. Khối lượng nguyên tử (Z) lớn

sẽ cho hiệu suất chuyển đổi năng lượng điện tử sang tia X cao. Điểm nóng chảy cao

và độ dẫn nhiệt tốt sẽ hạn chế lượng bay hơi của kim loại, mặt khác cho phép tạo ra

các bia có tiết diện nhỏ để tạo ra các tia X có cường độ tập trung cao. Kim loại duy

nhất có được tất cả các tính chất đó là Tungsten. Vì vậy bia được làm bằng Tungsten

và được gắn vào một cái cốc bằng đồng, hoạt động như một anod.

Việc tải đi lượng nhiệt được sinh ra do tác động của điện tử là một trong

những điều kiện quan trọng khi thiết kế ống phóng tia X. Việc làm nguội được thực

hiện bằng cách cho lưu thơng dầu. Bia của ống phóng tia X thường được đúc trong

môi trường chân không trong một vỏ bọc bằng đồng để đảm bảo độ tiếp xúc nhiệt

tốt, nhằm tải nhiệt đi. Điểm nối giữa đồng và Tungsten phải tốt.

Anod thường có chỗ trống cho phép lưu thơng chất lỏng làm nguội. Trong

nhiều ống phóng tia X hiện đại, anod được đậy lại. Nắp đậy này bao gồm một vật

trùm lên anod với một lỗ hổng cho phép chùm điện tử tới được bia và lỗ hổng thứ

hai dành cho chùm tia X. Nắp đậy cũng làm giảm bớt độ nguy hại do việc phát điện



LÊ VĂN QUÝ –KTHN& VLMT- K54



TRANG 13



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×