Tìm hiểu cấu tạo và xác định chế độ chiếu chụp hệ ghi nhận ảnh chụp bức xạ bằng công nghệ huỳnh quang kỹ thuật số digital fluoroscopy radiography

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện, Bảng khóa luận “ Nghiên cứu hệ ghi nhận ảnh
chụp bức xạ bằng công nghệ huỳnh quang kỹ thuật số Digital Fluoroscopy
Radiography và đánh giá khả năng chiếu chụp trong thực tế” đã được hồn thành.
Với tình cảm chân thành mình em xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới kỹ
sư Vũ Tiến Hà, là người thầy đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt q
trình thực hiện khóa luận.
Em xin bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy, cơ giáo trong Bộ mơn Vật lý hạt nhân
nói riêng, cựng cỏc thầy, cô giáo trong khoa Vật lý – Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, chỉ dẫn em trong quá trình
học tập tại Bộ mơn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ tại Trung tâm Đánh giá không phá
hủy (NDE) trực thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (Địa chỉ: 140 Nguyễn
Tuân – Hà Nội), cùng toàn thể bạn bè đã động viên giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Dù rất cố gắng trong quá trình thực hiện, song Bảng khóa luận khó có thể
tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của
các thầy cơ giáo, và những người quan tâm.
Sinh viên
Nguyễn Khả Bảo

1


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật kiểm tra không phá hủy NDT ( Non Destructive Testing) bằng
phương pháp chụp ảnh bức xạ được ứng dụng để kiểm tra đánh giá bên trong các
chi tiết, cấu kiện, thiết bị mỏy múc,...vật liệu có cấu kiện khác nhau mà không làm
tổn hại đến khả năng hoạt động sau này của chúng. Nhằm đảm bảo độ an toàn, giảm
thiểu và dự báo sự cố của sản phẩm được kiểm tra.
Trên thế giới các phương pháp NDT được dùng từ đầu thế kỷ 18 và ngày càng phát
triển trở thành thành phần không thể thiếu trong các nhiều lĩnh vực, đặc biệt là hàng
khơng, cơng nghiệp đóng tàu, dầu mỏ và dẫn dầu... Trên thế giới, những năm gần
đây, nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ thơng tin hiện đại hóa các kỹ thuật kiểm tra
không phá hủy thông thường nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong chuẩn
đoán thiết bị, các cơng trình cơng nghiệp...là phương hướng phát triển NDT.
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh, các kỹ thuật truyền
thống ngày càng được thay thế bằng các kỹ thuật tiên tiến. Ngay cả các máy ảnh
thông thường dần được thay thế bằng máy ảnh kỹ thuật số với nhiều tính năng hơn.
Trong NDT, chủ yếu có 5 cơng nghệ ghi nhận ảnh chụp bức xạ:
1)

Cơng nghệ tráng rửa phim thông thường (screen film)

2)

Công nghệ quét tấm tạo ảnh (IP –Image plate)

3) Công nghệ CCD (Charge Couple Devices)
4) Công nghệ cảm biến phẳng chuyển đổi gián tiếp
5) Công nghệ cảm biến phẳng chuyển đổi trực tiếp
Trong đó, các cơng nghệ từ 2 đến 5 đều là các công nghệ ghi nhận kỹ thuật số nhằm

một mục đích là thay thế phim thường bằng hệ kỹ thuật số với nhiều ưu điểm :
 Tiết kiệm thời gian
 Xử lý ảnh được trên máy tính
 Khả năng lưu trữ
 Hiệu quả về kinh tế mà vẫn đảm bảo về chất lượng

2


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Mục tiêu của đề tài này nghiên cứu khả năng ứng dụng của hệ ghi nhận ảnh chụp
bức xạ bằng công nghệ kỹ thuật số theo hướng thứ 2 đó nờu ở trên (cơng nghệ
CCD).
Ở nước ta, đó có một số cơ sở sử dụng thiết chụp kỹ thuật số là CRComputed Radiography và DR-Digital Radiography nhưng số lượng cịn hạn chế.
Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu thiết bị ghi nhận, xử lý ảnh bức xạ bằng công
nghệ huỳnh quang kỹ thuật số (Digital Fluoroscope Radiography-Radio 5000) và
đánh giá khả năng chiếu chụp là hết sức thiết thực.
Với mỗi thiết bị ghi nhận ảnh chụp bức xạ kỹ thuật số ra đời, để đưa vào sử
dụng tin cậy và hiệu quả thì cần thiết phải xác định đường cong đặc trưng của nó.
Với hệ ghi nhận ảnh chụp bức xạ bằng phương pháp huỳnh quang kỹ thuật số được
chế tạo tại Trung tâm NDE trong thời gian vừa qua là thiết bị rất mới tại Việt Nam
và đang được đánh giá nghiệm thu kỹ thuật để đưa vào sử dụng. Chớnh vì vậy em
quyết định chọn đề tài : “Tìm hiểu cấu tạo và xác định chế độ chiếu chụp hệ

ghi nhận ảnh chụp bức xạ bằng công nghệ huỳnh quang kỹ thuật số
Digital Fluoroscopy Radiography” làm luận văn tốt nghiệp.
Bảng khóa luận “ Ngiờn cứu chế tạo hệ ghi nhận ảnh chụp bức xạ bằng công

nghệ huỳnh quang kỹ thuật số Digital Fluoroscope Radiography – Radio 5000”
gồm:
-

Chương 1: TIA X VÀ CHỤP ẢNH BỨC XẠ.

-

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ CHỤP ẢNH BỨC XẠ HUỲNH QUANG
KỸ THUẬT SỐ

-

Chương 3: XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CHIẾU CHỤP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

-

Chương 4: KẾT LUẬN

3


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Danh mục cỏc kớ hiệu và các chữ viết tắt:

Ci

Curie

Gy

Gray

IAEA

International atomic energy ageney

Sv

Sievert

CCD

Charge Couple Device

R

Roentgen

BAM

Bacteriological Analytical Manual

IP

Image plate

NDT

Nondestructive testing

C/kg

Coulomb/kg

RT

Radiographic Testing

4


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................................2
MỤC LỤC..............................................................................................................................................5
Chương 1:
1.1.

TIA X VÀ CHỤP ẢNH BỨC XẠ................................................................7

Tia X.......................................................................................................................................7

1.1.1

Lịch sử phát hiện và ứng dụng.....................................................................................7

1.1.2

Bản chất của tia X..........................................................................................................7

1.1.3

Tính chất của tia X........................................................................................................8

1.2.1

Tương tác của bức xạ với vật chất.................................................................................8

1.2.2

Chiều dày một nửa..........................................................................................................8

1.2.3

Định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách....................................................9

1.3

Chụp ảnh bức xạ..................................................................................................................10

1.3.1

Định nghĩa....................................................................................................................10

1.3.2

Nguyên lý của chụp ảnh bức xạ..................................................................................11

1.3.4

Các phương pháp ghi nhận ảnh chụp ảnh bức xạ....................................................12

1.3.5

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chụp ảnh bức xạ...........................................13

2.1

Liều chiếu trong chụp ảnh bức xạ......................................................................................14

2.1.1

Định nghĩa....................................................................................................................14

2.1.2

Các phương pháp xác định liều chiếu.........................................................................15

2.2

Đánh giá về an toàn bức xạ.................................................................................................17

2.2.2

Các đại lượng và đơn vị đo lường trong an toàn bức xạ.............................................18

2.2.3

Giới hạn sự chiếu xạ.....................................................................................................20

2.2.4

Các phương pháp kiểm soát sự chiếu xạ.....................................................................21

3.1. Tổng quan về chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số Digital Fluoroscopy Radiography...................23
3.2. Giới thệu hệ chụp ảnh bức xạ tia X huỳnh quang kỹ thuật số (Digital Fluoroscopy
Radiography)...................................................................................................................................24
3.3. Sơ đồ cấu tạo hệ Digital Fluoroscopy Radiography...............................................................25
3.3.1.

Nguyên lý hoạt động.....................................................................................................25

3.3.2

Cấu tạo của hệ Digital Fluoroscopy Radiography.....................................................26

3.3.2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ :...........................................................29

3.3.4.

Các phương pháp giảm nhiễu......................................................................................30

3.3.5.

Phần mềm ghi nhận và giải đoán ảnh.........................................................................30

5


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Chương 3 : XÁC ĐINH CHẾ ĐỘ CHIẾU CHỤP VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ..............................31
4.1.

Tiến hành thực nghiệm...........................................................................................................31

4.1.1.

Lựa chọn mẫu và nghiên cứu thực nghiệm........................................................................31

4.1.2.

Xác định chế độ chụp tối ưu...............................................................................................32

4.1.3.

Nghiên cứu sử dụng phần mềm chuyên dụng....................................................................38

4.1.4.

Đánh giá khả năng phát hiện khuyết tật mối hàn vật liệu thép cacbon...........................39

dạng phẳng...........................................................................................................................................39
4.1.4.1.
4.2.

Đánh giá khả năng phát hiện khuyết tật mối hàn vật liệu thép cacbon dạng ống......41
Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến chất lượng ảnh khi soi ảnh.......................................43

4.2.1.

Yếu tố do con người.............................................................................................................44

4.2.2.

Yếu tố kỹ thuật của thiết bị.................................................................................................44

Chương 4 : KẾT LUẬN......................................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................46

6


Khóa luận tốt nghiệp

Chương 1:
1.1.

Nguyễn Khả Bảo

TIA X VÀ CHỤP ẢNH BỨC XẠ

Tia X

1.1.1 Lịch sử phát hiện và ứng dụng
Năm 1895 trong lúc tiến hành thực nghiệm nghiên cứu hiện tượng phóng
điện qua chất khí, Roentgen đó phỏt hiện ra một loại tia bức xạ mới mà ông đặt tên
là tia X (người ta cũn gọi là tia Roentgen). Thành công đầu tiên của việc ứng dụng
loại tia X này là ụng đú tiến hành chụp và thu được ảnh của những vật khác nhau
đựng trong hộp kín: Những quả cân, khẩu súng v.v.. Chính những kết quả ban đầu
này đó đánh dấu sự ra đời của phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic
Testing- RT), đây là một phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm
sâu bên trong đối tượng kiểm tra.
Phương pháp này đã và đang được ứng dụng rộng rãi đem lại nhiều lợi ớch
to lớn trong đời sống thực tế.
Đến năm 1930, phương pháp chụp ảnh phóng xạ được hải qn Mỹ chính
thức áp dụng cho kiểm tra nồi hơi, có thể nói đây là một sự phát triển quan
trọng.
Những thành cơng đó khẳng định vai trò và giá trị đặc biệt của phương
pháp chụp ảnh phóng xạ kiểm tra khuyết tật trong các ngành công nghiệp như:
Hàng không, kiểm tra khuyết tật mối hàn trong các nhà máy điện, nhà máy tinh chế,
các kết cấu tàu thủy và phương tiện chiến tranh,v.v.. Những thành quả ấy tạo cơ sở
cho sự phát triển phương pháp này ngày càng mạnh mẽ cho đến ngày nay.
1.1.2 Bản chất của tia X
- Tia X là bức xạ điện từ giống như ánh sáng, chỉ khác là nú cú bước sóng nhỏ
hơn bước sóng ánh sáng hàng nghìn lần.
- Trong chụp ảnh phóng xạ thì những tia X thường dùng có bước sóng trong
khoảng từ 10-4A0 đến 10A0 (1A0 = 10-8 cm).

- Phổ của tia X là phổ liên tục với chiều dài bước sóng tương ứng với λ = c/ γ
với c là vận tốc ánh sáng, γ là tần số dao động riêng.
7


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

1.1.3 Tính chất của tia X
- Tia X có tính chất khơng màu, khơng mùi, khơng vị, khơng nhìn thấy được
do đó khơng cảm nhận được bằng giác quan con người.
- Có khả năng làm một số chất phát quang như Zine Sulfide, Calcium,
Tungstate, Diamon, Barium, Platinocyamide, Sodiumlodide được kích hoạt bởi
Thalium.
- Các tia X chuyển động với vận tốc ánh sáng.
- Là tia bức xạ nờn chỳng có thể gây nguy hại cho tế bào sống
- Chỳng gây ion hóa vật chất (đặc biệt với chất khí rất dễ bị ion hóa trở thành
các điện tử và ion dương).
- Tia X truyền theo một đường thẳng, chúng là bức xạ điện từ.
- Nó tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.
- Nó có thể xuyên qua những vật mà ánh sáng không truyền qua được và khả
năng xuyên thấu phụ thuộc vào năng lượng của photon, mật độ và chiều dày của lớp
vật chất.
- Nó tác dụng lên lớp nhũ tương của phim ảnh.
- Khi đi qua lớp vật chất chúng bị hấp thụ, phản xạ và tán xạ.
1.2.1 Tương tác của bức xạ với vật chất
Khi một chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma đi qua vật chất thì có 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 hiện tượng đó bao gồm:

 Hiện tượng hấp thụ
 Hấp thụ quang điện
 Tán xạ compton
 Hiệu ứng tạo cặp
1.2.2 Chiều dày một nửa
Bức xạ bị hấp thụ khi đi qua vật chất phụ thuộc vào cường độ và năng
lượng. Trong thực tế người ta thường dùng khái niệm chiều dày một nửa để đánh

8


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

giá khả năng làm suy giảm bức xạ của mỗi loại vật chất có nghĩa là chiều dày của
một lớp vật chất có thể làm giảm một nửa cường độ bức xạ khi đi qua chất đó, d 1/2 =
0,693/ μ.
Trong chụp ảnh phóng xạ, lớp một nửa được định nghĩa là chiều dày của
vật kiểm mà chùm bức xạ đi qua nó bị làm yếu và tạo ra cùng một độ đen trên phim
như được tạo ra bởi chùm không bị làm yếu nhưng thời gian chụp chỉ bằng một
nửa. Về khía cạnh che chắn HVL là chiều dày vật liệu che chắn cần thiết để giảm
suất liều bức xạ tới còn một nửa. Ngoài ra cũn cú “lớp giảm 10 lần” (TVL) được
định nghĩa là chiều dày của lớp vật liệu che chắn để giảm cường độ bức xạ hoặc
suất liều đi 10 lần, d1/10 = 2,30/ à.

1.2.3 Định luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
S
B

r1

C1

r2

C2

Hình 1.1: Sơ đồ mơ tả định luật tỷ lệ nghịch bình phương
9
S: nguồn; B: lỗ hổng; C1 và C2 là các
bề mặt ghi nhận; r1, r2 là khoảng cách


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Cường độ của bức xạ tại một điểm nào đó phụ thuộc vào khoảng cách từ
điểm đó tới nguồn. Cường độ thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
này. Ngun lý được mơ tả trờn hỡnh 1.1 và được biểu diễn theo biểu thức đại số
sau:

(1.1)
Với I1, I2 lần lượt là cường độ bức xạ tại C1, C2
Vì I1 ~ E1, I2 ~ E2 nên định luật có thể viết lại:
(1.2)
với E1, E2 lần lượt là liều chiếu tại C1, C2
Trong lĩnh vực an tồn bức xạ thì biểu thức trên được viết như sau:
(1.3)

Trong đó D1, D2 là suất liều bức xạ tại khoảng cách r 1, r2 tính từ nguồn. Điều
này có nghĩa là suất liều sẽ giảm rất nhanh khi ta di chuyển nguồn ra xa. Nếu
khoảng cách tăng lên gấp 10 lần thì suất liều sẽ giảm 100 lần.
1.3 Chụp ảnh bức xạ
1.3.1 Định nghĩa
Chụp ảnh phóng xạ là q trình hướng các tia phóng xạ tới vật cần kiểm tra,
xuyên qua nó và tạo ảnh trên phim. Sau khi xử lý phim sẽ chứa hình ảnh vật kiểm
với cỏc vựng “tối, sỏng” khác nhau chứa đựng các thông tin có hay khơng có sự tồn
tại của khuyết tật trong vật kiểm.
Đây là một trong những kỹ thuật chủ yếu của các phương pháp NDT để kiểm
tra xác định vị trí và kích thước của khuyết tật trong các chi tiết, cấu kiện. Bằng sự
định hướng chính xác các khuyết tật mỏng cũng có thể phát hiện được. Ngồi ra nú
cũn được áp dụng đo bề dày của vật liệu, xác định sự sai lệch vị trí khơng mong
muốn trong các hệ thống. Về cơ bản hệ chụp ảnh phóng xạ gồm: Nguồn phát bức xạ
(ví dụ như máy phát tia X, nguồn gamma), vật thể cần kiểm tra, bộ phận ghi nhận
10


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

tia X (thường là phim cùng hệ thống xử lý) và hệ giải đốn. Ngồi ra chúng ta cần
phải xem xét đến điều kiện chiếu chụp để đạt được chất lượng ảnh theo yêu cầu.
1.3.2

Nguyên lý của chụp ảnh bức xạ
Nguyên lý của chụp ảnh bức xạ là dựa vào khả năng đâm xuyên khác nhau

của bức xạ khi đi qua các môi trường vật chất khác nhau và khả năng tương tác của

bức xạ với thiết bị ghi nhận sẽ tạo nên các thông tin về đối tượng kiểm tra thơng qua
q trình xử lý giải đốn thơng tin. Thơng thường các thơng tin này được thể hiện
dưới dạng hình ảnh.

Hình 1.2: nguyên lý chụp ảnh bức xạ
Tóm lại, phương pháp chụp ảnh phóng xạ có thể kiểm tra các vật thể với
kích thước và hình dạng khác nhau từ cỡ micro mét tới những vật có kích thước lớn
hoặc kiểm tra cấu trúc các bộ phận trong nhà máy. Khác với những phương pháp
NDT khác chụp ảnh phóng xạ cịn ứng dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau mà
11


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

khơng cần bất kỳ một sự chuẩn bị nào đối với bề mặt mẫu vật. Phương pháp chụp
ảnh phóng xạ cho kết quả kiểm tra tin cậy, số liệu kiểm tra có thể lưu lại được. Tuy
nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định là có thể gây nguy hiểm
cho con người do phải sử dụng nguồn bức xạ, khi tiến hành ở hiện trường có thể
làm gián đoạn q trình sản xuất.
1.3.4 Các phương pháp ghi nhận ảnh chụp ảnh bức xạ
Các phương pháp ghi nhận ảnh trong chụp ảnh bức xạ đến nay có thể tổng kết gồm
năm cơng nghệ cơ bản sau:
1) Công nghệ tráng rửa phim(screen film):Cụng nghệ này sử dụng phim
và màn tăng quang để ghi nhận ảnh ở dạng âm bản,sau đó phim được
xử lý bằng hóa chất để thu được phim dương bản.
2) Cơng nghệ quét tấm tạo ảnh(IP –Image plate):Cụng nghệ này sử dụng
IP thay thế phim và màn tăng quang,khi tia X chiếu lên IP sẽ tạo lên
một tiềm ảnh,sau đó tấm IP này sẽ phát quang lần hai khi quét bởi tia

laser trong máy quét chuyờn dụng,ỏnh sỏng này được ghi nhận và
chuyển sang tín hiệu điện, nhờ phần mềm ghi nhận và tái tạo ảnh cho
ra hình ảnh kỹ thuật số.Tấm tạo ảnh sẽ được xóa hết dữ liệu và tái sử
dụng nhiều lần.
3) Công nghệ CCD(Charge Couple Devices):Trong công nghệ này,một
màn huỳnh quang được sử dụng thay thế phim và màn tăng
quang.Màn huỳnh quang có tác dụng hấp thụ tia X chuyển đổi thành
ánh sáng nhìn thấy,qua hệ thống quang học đưa chựm sỏng này đến
CCD camera,tại đây ánh sáng được chuyển thành tín hiệu điện,sử
dụng phần mềm ghi nhận và tái tạo ảnh cho ra hình ảnh kỹ thuật số.
4) Công nghệ cảm biến phẳng chuyển đổi gián tiếp(Indirect capture flat
panel detector):Nguyờn tắc tạo ảnh là nhờ bản phẳng cấu tạo gồm có
lớp chất nhấp nháy chuyển đổi năng lượng tia X thành ỏnh sỏng,ỏnh
sỏng được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi lớp Silicon vơ định hình

12


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

và các photodiode,sử dụng phần mềm ghi nhận và tái tạo ảnh cho ra
hình ảnh kỹ thuật số.
5) Công nghệ cảm biến phẳng chuyển đổi trực tiếp(Direct capture flat
panel detector):Cụng nghệ này phát triển từ công nghệ cảm biến
chuyển đổi gián tiếp.Lớp chất nhấp nháy được thay thế bằng lớp
selenium vơ định hình hấp thụ tia bức xạ chuyển đổi thành hạt điện
tớch,lớp selenium này được đặt trong điện trường đẳng hướng do đó
các điện tích này di chuyển về một hướng nhất định theo thiết kế và

được ghi nhận bởi tấm phim mỏng transistor(TFT-thin film transistor)
tạo thành các tín hiệu điện,sử dụng phần mềm ghi nhận và tái tạo ảnh
cho ra hình kỹ thuật số.
Trong các công nghệ nờu trờn,cỏc công nghệ từ thứ hai đến thứ năm đều cho
ra ảnh kỹ thuật số.Trong những năm gần đây trên thế giới đã nghiên cứu ứng dụng
các cơng nghệ thơng tin hiện đại hóa các kỹ thuật kiểm tra khụng phỏ hủy,nhằm
mục đích nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong chuẩn đoán thiết bị,cụng trỡnh công
nghiệp là một xu hướng phát triển NDT hiện nay.
1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chụp ảnh bức xạ
Mỗi phương pháp ghi nhận ảnh chụp bức xạ cú cỏc yếu tố ảnh hưởng đến
chất lượng ảnh thu được là khác nhau, tuy nhiên có một số yếu tố chung ảnh hưởng
đến chất lượng ảnh chụp bức xạ trong mọi phương pháp chụp và phương pháp ghi
nhận cần được xem xét sau đây:
1) Ảnh hưởng từ mẫu vật kiểm tra:
-

Hình dạng của khuyết tật

-

Hướng của khuyết tật so với hướng truyền của bức xạ và
mặt phẳng phim

-

Vị trí khuyết tật nằm trong mẫu

2) Bố trí hình học kiểm tra tác động tới:
- Sự tạo bóng của khuyết tật
- Độ nhũe hỡnh học

13


Khóa luận tốt nghiệp

Nguồn

Nguyễn Khả Bảo

F

Sfd
Khuyết tật
Ofd
Phim
Z
Nửa tối

P
Nửa tối

Hình 1.4 : Sự tạo bóng của khuyết tật
3) Bức xạ tán xạ
4) Bản chất của hệ ghi nhận:
Các phương pháp khác nhau cú cỏc đặc điểm ghi nhận khác nhau và các yếu
tố ảnh hưởng riêng. Ví dụ như đối với hệ chụp ảnh bức xạ thông thường, các yếu tố
ảnh hưởng thường đến từ phim như :
-

Độ đen

-

Độ mờ

-

Tốc độ ghi của phim

-

Độ tương phản

-

Độ nột…

Vì vậy tùy thuộc vào từng phương pháp ta xác định các yếu tố ảnh hưởng để khắc
phục nhằm có được ảnh chụp rõ nét nhất.
2.1 Liều chiếu trong chụp ảnh bức xạ
2.1.1 Định nghĩa
Về mặt tốn học, liếu chiếu có thể được định nghĩa là E = I * t, trong đó
E là liều chiếu, I là cường độ bức xạ, t là thời gian mà vật được chiếu bởi bức xạ.
Liều chiếu được đo bằng Roentgen (R).

14


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Về phép chiếu xạ chụp ảnh liều chiếu được xem như là sự kết hợp của
cường độ nguồn và thời gian để sao cho phim được chiếu xạ thích hợp. Nên liều
chiếu ứng với mỗi trường hợp khác nhau:
-

Đối với máy phát tia X:
Liều chiếu = Dũng phúng (mA) * thời gian (second)

-

Đối với tia gamma:
Liều chiếu = Hoạt độ (Ci) * thời gian (giờ)

2.1.2 Các phương pháp xác định liều chiếu
Việc xác định liều chiếu thích hợp đối với một mẫu vật cụ thể là rất cần
thiết để tiết kiệm thời gian, lao động và các vật tư thiết bị mà vẫn cho ra những ảnh
chụp đạt yêu cầu. Có một số phương pháp xác định liều chiếu như sau:



So sánh với các số liệu đã có trước
Các kết quả xác định trong những lần đo trước chúng ta ghi chép thành

bảng sẵn và nếu cần chúng ta có thể sử dụng ngay bảng đã có sẵn để so sánh mà
khơng cần phải tính toán. Chú ý chỉ áp dụng với những trường hợp tương tự nhau.



Sử dụng đường đặc trưng

Đường đặc trưng của phim là đường cong đã được xây dựng trước cho mỗi
một máy phát hoặc nguồn đối với một loại vật liệu cụ thể để đạt được độ đen theo
yêu cầu (thường là D = 2,0). Nguyên lý này như sau: Gọi liều chiếu thử là E t, cho
độ đen là Dt và độ đen yêu cầu nhận được phải là D r, Ect là liều chiếu tương ứng với
độ đen Dt, Ecr là liều chiếu tương ứng với độ đen D r. Các giá trị độ đen đọc được
trên đường đặc trưng của phim (hình 4.1) và liều chiếu E được xác định để thu được
độ đen yêu cầu là:

(2.1)

15


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Hay

(2.2)
2,0

1,5
1,4
1,0
Hình 2.1 : Biểu đồ
đường cong đặc trưng

của phim

0,5

0,0
150
10



50

100

200
500

Phương pháp giản đồ liều chiếu
Giản đồ liều chiếu tức là mô tả mối quan hệ giữa thời gian chiếu với bề dày

vật liệu ở một giá trị cường độ, điện áp, khoảng cách Sfd và các điều kiện xử lý
phim để đạt được giá trị độ đen nào đó (ví dụ D = 2,0) đối với từng loại phim cụ
thể. Một giản đồ chiếu thường được xây dựng cho một máy phát tia X hoặc một
nguồn gamma đối với một loại vật liệu cụ thể, các phương pháp chuẩn bị giản đồ
cũng khác nhau.
Khi xây dựng giản đồ chiếu phải ghi chú rõ những thông tin cần thiết như: Loại
máy, loại phim, độ đen phim, quy trình xử lý phim (loại thuốc hiện, thời gian hiện,
nhiệt độ của thuốc hiện), loại vật liệu, loại màng tăng cường (nếu có), khoảng cách
từ nguồn tới phim.

16


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Hình 2.2: giản đồ liều chiếu máy X Smart 300 HP


Dải liều chiếu là giá trị liều chiếu cần thiết để phim chụp đạt được độ

đen nằm trong dải chấp nhận, ví dụ trong chụp ảnh phóng xạ cơng nghiệp một ảnh
tốt có dải độ đen là 1,5 đến 3,3 và có thể thay đổi (chẳng hạn 1,7 đến 3,5) tùy thuộc
vào độ sáng của đèn đọc phim. Một liều chiếu để ảnh chụp có độ đen thấp hơn 1,5
gọi là một liều chiếu không đủ ngược lại liều chiếu cho độ đen cao hơn 3,3 gọi là
chiếu quá liều.
2.2

Đánh giá về an toàn bức xạ
Sự nguy hiểm của bức xạ khi các nhân viên vận hành chiếu xạ trong q

trình chụp ảnh phóng xạ có thể gây nguy hại cho cỏc mụ của cơ thể. Do đó nó địi
hỏi sự hiểu biết về an tồn phóng xạ, sự vận hành chính xác và thái độ nghiêm túc
cao của nhân viên trong quá trình làm việc. Mục đích cơ bản về hiểu biết an tồn
bức xạ là đảm bảo an toàn cho bản thân, những người xung quanh và duy trì sức
17


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

khỏe cho nhân viên sau khi làm việc. Vấn đề quan trọng cần được xem xét trong
kiểm tra bằng phương pháp chụp ảnh phóng xạ đú chớnh là những rủi ro và an toàn
bức xạ ion hóa đối với các hiệu ứng sinh học. Hai vấn đề chính của an tồn trong
chụp ảnh phóng xạ là kiểm soát liều bức xạ và bảo vệ con người. Để hiểu về giới
hạn liều bức xạ cũng như điều kiện an tồn phóng xạ những định nghĩa, khái niệm,
đơn vị cơ bản về an toàn bức xạ được khái quát như sau.
2.2.2 Các đại lượng và đơn vị đo lường trong an toàn bức xạ
Đo bức xạ là đánh giá khả năng ion hóa trong một đơn vị khối lượng các
nguyên tử đã cho, Roentgen (R) là đơn vị cơ sở. Cần lưu ý rằng: Tác dụng của bức
xạ lên cơ thể con người phụ thuộc vào hai yếu tố là cường độ và loại bức xạ.
-

Hoạt độ phóng xạ là số phân rã trong một đơn vị thời gian.
(2.3)
Đơn vị là (Bq), 1Bq bằng một phân rã trong một giây (dps). Đơn vị cũ là

(Ci), 1Ci = 3,7*1010Bq.
-

Liều chiếu là đại lượng được tính bằng số lượng ion hóa trong khơng khí gây

bởi tia bức xạ.
(2.4)
Đơn vị đo là Coulomb/kg (C/kg), đơn vị cũ là (R), 1R =2,58*10-4C/kg.
Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian.
-

Liều hấp thụ: Năng lượng trung bình mà bức xạ truyền cho vật chất ở trong

một thể tích nguyên tố chia cho khối lượng của vật chất chứa trong thể tích đó.
(2.5)
Đơn vị mới của liều hấp thụ là: Gray (Gy) hay Jun/kg (J/kg), đơn vị cũ là
Rad, 1 rad = 0,01 Gy hoặc 1 Gy = 100 Rad.
Suất liều hấp thụ là năng lượng bức xạ bị hấp thụ bởi 1 đơn vị khối lượng trong 1
đơn vị thời gian.

18


Khóa luận tốt nghiệp

-

Nguyễn Khả Bảo

Do liều hấp thụ bằng nhau của các loại bức xạ khác nhau gây ra hiệu ứng

sinh học khác nhau nên người ta đưa ra khái niệm liều tương đương. Liều tương
đương (HT,R) bằng liều hấp thụ nhân với một hệ số đánh giá sự truyền năng lượng
của từng loại bức xạ vào mô gọi là trọng số bức xạ WR.
HT,R = DT,R * WR

(2.6)

Một số giá trị trọng số bức xạ (WR) được cho trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Trọng số bức xạ (WR) ứng với từng trường hợp khác nhau
Loại bức xạ và khoảng năng lượng

WR

1 Tia gamma (photon) và điện tử với mọi năng lượng (trừ điện tử
Auger).

1

2 Proton và các proton giật lùi có năng lượng > 2Mev

5

3 Alpha, mảnh phân hạch, hạt nhân nặng

20

4 Neutron:

E <10 KeV

5

10 – 100 KeV

10

100 – 2 MeV

20

2 MeV – 20 MeV

10

> 20 MeV

5

Đơn vị của liều tương đương là (Sv), đơn vị cũ: Rem, 1Sv = 100Rem.
Suất liều tương đương là liều tương đương tính trong một đơn vị thời gian. Đơn vị
đo là: Sv/s
-

Liều hiệu dụng là tích của liều tương đương với trọng số mô (WT).
E = ∑TET = ∑TWT = ∑TWT∑RDT,RWR

(4.7)

Các trọng số mô đặc trưng cho cơ quan (mô) trong cơ thể được cho ở bảng 4.2.
Bảng 2.2: Trọng số mô (WT) ứng với các cơ quan trong cơ thể
Cơ quan (mô)

WT Cơ quan (mô)

19

WT


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Thận

0,20

Tủy xương

0,12

Phổi

0,12

Dạ dày

0,12

Ruột kết

0,12

Thực quản

0,05

Bọng đái

0,05

Vú

0,05

Gan

0,05

Tuyến giáp

0,05

Da

0,01

Mặt xương

0,01

Còn lại

0,005

Suất liều hiệu dụng là liều hiệu dụng tính trong một đơn vị thời gian.
-

Liều giới hạn hay còn gọi là giới hạn liều là giá trị về độ lớn của liều trong

quy định cho từng đối tượng (nhân viên bức xạ, dân chúng, học viên v.v.). Trong
quá trình làm việc với bức xạ thì từng đối tượng đó khơng được chịu vượt q giá
trị liều (giới hạn) quy định cho mình.
2.2.3 Giới hạn sự chiếu xạ
Dựa vào những nghiên cứu khác nhau, Ủy ban quốc tế về bảo vệ chống
bức xạ đã đưa ra các yêu cầu sau:
 Chỉ được tiếp xúc với bức xạ khi cần thiết.
 Giảm liều chiếu tới mức thấp nhất có thể chấp nhận được.
 Liều giới hạn cho nhân viên bức xạ (trong trường hợp bình thường): Liều
hiệu dụng trong 1 năm (lấy trung bình trong 5 năm liên tiếp) không vượt quá
20mSv, trong từng năm riêng lẻ không vượt quá 50mSv; điều này có nghĩa là liều
hiệu dụng cho từng giờ làm việc có tiếp xúc với nguồn của nhân viên bức xạ là
10àSv/h;liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt không vượt quá 150mSv/
năm; liều tương đương đối với tay, chân và da không vượt quá 500mSv/ năm.
 Liều giới hạn cho nhân viên bức xạ trong trường hợp khắc phục tai nạn sự cố
(ngoại trừ hành động cứu mạng): Dưới 2 lần mức liều giới hạn năm (dưới 40mSv).
 Liều giới hạn cho nhân viên bức xạ trong trường hợp khắc phục tai nạn sự cố
(tính đến hành động cứu mạng): Dưới 10 lần mức liều giới hạn năm (dưới 200mSv),

20


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

có thể nhận liều xấp xỉ hoặc vượt quá 10 lần mức liều giới hạn năm ( ≥200mSv)
nhưng chỉ áp dụng nếu lợi ích đem lại cho người khác lớn hơn hẳn so với nguy
hiểm riêng của chính mình.
 Liều giới hạn đối với người học viên trẻ và sinh viên (từ 16 đến 18 tuổi):

Liều hiệu dụng là 6mSv/ năm; liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt là
50mSv/ năm; liều tương đương đối với tay, chân và da: 150mSv/ năm.
 Liều giới hạn đối với dân chúng: Liều hiệu dụng là 1mSv/ năm; liều tương
đương đối với thủy tinh thể của mắt là 15mSv/ năm; liều tương đương đối với da là
50mSv/ năm. Với người săn sóc bệnh nhân và khách thăm bệnh nhân: Người lớn là
5mSv và trẻ em là 1mSv trong suốt thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều
trị.
 Liều tương đương cá nhân khi có sự cố: Có thể cho phép chịu tới 2 lần liều
trong một vụ việc nhưng sau đó phải giảm liều sao cho sau 5 năm tổng liều tích lũy
lại phù hợp với cơng thức D = 20*(N - 18); trong đó D là liều chiếu tính bằng mSv,
N là tuổi tính bằng năm.
2.2.4 Các phương pháp kiểm soát sự chiếu xạ
Khi chụp ảnh phương pháp kiểm soát sự chiếu xạ là một yêu cầu không
thể bỏ qua và sau đây là 3 cách cơ bản :
 Thời gian: Không ở gần nguồn bức xạ lâu hơn một chút nào nếu không cần
thiết. Giảm thời gian tiếp xúc bằng cách thao tác chính xác, đúng quy trình kỹ thuật,
tn thủ quy tắc an toàn.
 Khoảng cách: Ở khoảng cách xa nguồn nhất có thể được. Sự suy giảm cường
độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên khi lắp đặt thiết bị và thủ
tục vận hành phải tính đến thông số này.
 Sự che chắn bảo vệ: Một phương pháp quan trọng để giảm liều là đặt tấm
chắn bảo vệ giữa nguồn và người vận hành. Dùng vật liệu có mật độ khối cao để
che chắn tia X và gamma như sắt, chỡ, bờtụng hay uran nghèo v.v..

21


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Kiểm sốt bức xạ là cần thiết nhằm tránh rủi ro bao gồm: Kiểm tra khu
vực thực nghiệm và đo liều cá nhân. Kiểm tra khu vực có thể bằng các máy đo lắp
đặt trước hay máy đo liều xách tay. Kiểm tra liều cá nhân bằng cách đo liều nhận
được trong suốt thời gian tiến hành công việc.

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ CHỤP ẢNH BỨC XẠ HUỲNH QUANG KỸ
THUẬT SỐ DIGITAL FLUOROSCOPY RADIOGRAPHY

22


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

3.1. Tổng quan về chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số Digital Fluoroscopy
Radiography
Trong hơn 25 năm qua kỹ thuật NDT trong đó có phương pháp chụp ảnh bức
xạ thông thường - RT (Radiographic Testing) đã trở thành một công cụ thiết yếu
của đảm bảo chất lượng trong công nghiệp, mặc dù những ưu điểm của kỹ thuật RT
đã được khẳng định, nhưng vẫn còn tồn tại những vấn đề của chính nó đó là cần
phải có lượng bức xạ lớn trong chiếu chụp liên quan đến an toàn bức xạ, ảnh thu
nhận phải qua giai đoạn tráng rửa trung gian, tiêu tốn một lượng hóa chất lớn tác hại
đến mơi trường, khó khăn trong việc bảo quản và lưu trữ khối lượng lớn của phim
chụp….. các ngành công nghiệp từ lâu đã cảm thấy cần lựa chọn thay thế thích hợp.
Trên thế giới, những năm gần đây, nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin
hiện đại hóa các kỹ thuật kiểm tra khơng phá hủy thông thường nhằm nâng cao hiệu
quả và độ tin cậy trong chuẩn đốn thiết bị, cơng trình cơng nghiệp là một phương
hướng phát triển NDT hiện nay. Một số các nước tiên tiến đã bắt đầu đưa công nghệ

chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số (Digital Industrial Radiography –DIR) vào sử dụng
thực tế công nghiệp và công nghệ chụp cắt lớp (Computed Tomography- CT) được
đẩy mạnh phát triển trong các phịng thí nghiệm của họ. Tuy nhiên, chuyển đổi thay
thế công nghệ NDT thông thường (về cả thiết bị, phương pháp, quy trình, tiêu chuần
kiểm tra, đào tạo ….) vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để có được cách thức phù
hợp cho việc tiếp cận thuận lợi, dễ dàng chuẩn hóa cũng như thích ứng của cơng
nghệ mới với nhu cầu người sử dụng cụ thể. Một trong những đơn vị cú cỏc nghiên
cứu sâu sắc về lĩnh vực này là Federal Institute for Materials Research and Testing
(BAM) của Đức. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ các công
nghệ chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số trực tiếp đã cung cấp chất lượng hình ảnh tuyệt
vời, khắc phục được nhiều nhược điểm của phương pháp chụp ảnh thông thường,
đặc biệt trong việc lưu trữ và quản lý dữ liệu lớn. Có thể nói trong tương lai gần,
công nghệ chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số sẽ thay thế chụp ảnh bức xạ thông thường.
3.2. Giới thệu hệ chụp ảnh bức xạ tia X huỳnh quang kỹ thuật số (Digital
Fluoroscopy Radiography)

23


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Khả Bảo

Hệ chụp ảnh bức xạ tia X huỳnh quang kỹ thuật số của trung tâm đánh giá
không phá hủy là hệ thiết bị ghi nhận ảnh chụp theo hướng số hóa sử dụng màn
huỳnh quang thay thế phim thông thường và màn tăng quang kết hợp với CCD
camera, pần mềm ghi nhận ảnh V2. Đây là công nghệ tuy không mới và tiên tiến
trên thế giới nhưng ở Việt Nam chưa từng được sử dụng trong chụp ảnh bức xạ
công nghiệp.
Trong khuôn khổ các công trình hợp tác phát triển ứng dụng năng lượng

nguyên tử cùng IAEA, Việt Nam đã được các chuyên gia của IAEA hỗ trợ triển khai
dự án chế tạo thử nghiệm hệ DFR tại trung tâm đánh giá không phá hủy nhằm
phát triển và đưa hệ vào sản xuất, sử dụng rộng rãi. Với ưu thế cạnh tranh về kinh
tế, hệ Radio 5000 đá ứng được các yêu cầu kỹ thuật và đây sẽ là thiết bị có nhiều
tiềm năng ứng dụng trong tương lai tại Việt Nam.

3.3. Sơ đồ cấu tạo hệ Digital Fluoroscopy Radiography

24


Khóa luận tốt nghiệp
Vật kiểm tra

Nguyễn Khả Bảo
Màn huỳnh quang

Kính chì

camera

Nguồn phát

Hộp kín chứa hệ
Radio 5000
Bộ tích hợp

Máy tính

Hình 2.1 : Sơ đồ cấu tạo hệ Digital Fluoroscopy Radiography

 Để ảnh được chân thực nhất thì camera chi thu nhận ánh sáng từ
màn huỳnh quang, nên hệ DFR phải được đặt trong hộp kín và tối
hồn tồn.
3.3.1. Nguyờn lý hoạt động
Tia X được phát từ máy phát, sau khi đi qua vật kiểm thì đến màn huỳnh
quang màn huỳnh quang sau khi nhận được bức xạ sẽ phát ra ánh sáng, đi qua
gương phản xạ rồi được thu nhận bằng một camera CCD (Charge Couple Device),
ánh sáng được chuyển thành tín hiệu điện, rồi tiếp tục chuyển thành tín hiệu số hóa
rồi được đưa lên màn hình máy tính thơng qua một phần mềm thu nhận. Từ đó ta có
thể quan sát một cách trực tiếp hình ảnh X quang của vật kiểm trên màn hình.
3.3.2

Cấu tạo của hệ Digital Fluoroscopy Radiography
-

Tấm thu nhận huỳnh quang

25