Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu



BỘ CÔNG THƯƠNG
ĐỀ ÁN “PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG BỨC XẠ VÀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
TRONG CÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂM 2020”






BÁO CÁO
Đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ
KỸ THUẬT SỐ TRONG KIỂM TRA VẬT LIỆU




Chủ nhiệm đề tài: Ngô Văn Trường- Trưởng phòng Hàn và NDT
Đơn vị chủ trì:

TRUNG TÂM HỖ TRỢ KỸ THUẬT AN TOÀN CÔNG NGHIỆP
Địa chỉ: Số 91 đường Đinh Tiên Hoàng - quận Hoàn Kiếm- Tp. Hà Nội

9093


Hà nội, năm 2012
i

BỘ CÔNG THƯƠNG





BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
THUỘC ĐỀ ÁN “PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG BỨC XẠ VÀ ĐỒNG VỊ
PHÓNG XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂM 2020”



1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ
thuật số trong kiểm tra vật liệu.
2. Cơ quan chủ trì: Trung tâm hỗ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp
3. Chủ nhi
ệm đề tài: Ngô Văn Trường
4. Thư ký đề tài: Nguyễn Thị Hồng Vân
5. Danh sách những người tham gia thực hiện:
¾ Ông Nguyễn Đăng Doanh KS Vật lý hạt nhân
¾ Ông Nguyễn Tiến Phong Ths Vật lý hạt nhân
¾ Ông Nguyễn Xuân Kiên Ths Vật lý hạt nhân
¾ Ông Vũ Văn Tiến Ths Vật lý hạt nhân

¾ Bà Võ Thị Anh Ths Vật lý hạt nhân








Hà nội, năm 2011
ii

TRUNG TÂM HỖ TRỢ KỸ THUẬT
AN TOÀN CÔNG NGHIỆP
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà nội, ngày 05 tháng 10 năm 2011

BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ
thuật số trong kiểm tra vật liệu
Thuộc đề án “Phát triển ứng dụng b
ức xạ và đồng vị phóng xạ trong công
nghiệp đến năm 2020”

2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:
Họ và tên: Ngô Văn Trường
Ngày, tháng, năm sinh: 08-08-1978 Nam/ Nữ: Nam
Học hàm, học vị: Cử nhân Công nghệ Hạt nhân
Điện thoại: Tổ chức: 04 393 44140
Fax: 04 39365074 E-mail:
Tên tổ chức đang công tác: Trung tâm Hõ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp
Địa chỉ tổ chức: Tầng 3 số 91 đường Đinh Tiên Hoàng- Hoàn Kiếm- TP. Hà
nội

3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trung tâm Hõ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp
Điện thoại: Tổ chức: 04 393 44140
Fax: 04 39365074 E-mail:
Địa chỉ: Tầng 3 số 91 đường Đinh Tiên Hoàng- Hoàn Kiếm- TP. Hà nội
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Đỗ Hữu Đông
Số tài khoản: 301.01.052.02.12
Ngân hàng : Kho bạc Nhà nước quận Hoàn Kiếm- Hà nội
Tên cơ quan chủ quản đề tài : Bộ Công Thươ
ng

iii

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ 20/09/2010 đến 19/09/2011
- Thực tế thực hiện: từ 20/09/2010 đến 19/09/2011
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 680 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 680 tr.đ.

+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.

b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Theo kế hoạch Thực tế đạt đượ
c
Số
TT
Thời gian
(Tháng,
năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1 Năm 2010 300 Năm 2010 300 300
2 Năm 2011 380 Năm 2011 380 380

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung

các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
249.1 249.1 249.1 249.1
2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
287.55 287.55 287.55 287.55
3 Thiết bị, máy móc
107.6 107.6 107.6 107.6
iv

4 Xây dựng, sửa
chữa nhỏ

5 Chi khác
35.75 35.75 35.75 35.75

Tổng cộng 680 680 680 680

3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét
chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện
nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số

TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản Ghi chú
1 Số 2078/QĐ-BCT,
ngày 29/4/2009
Quyết định phê duyệt Đề án phát triển
ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ
trong công nghiệp đến năm 2020

2 Số 1189/QĐ-BCT
ngày 10/3/2010
Quyết định về việc phê duyệt kế hoạch
phân bổ kinh phí thực hiện các đề tài
năm 2010 thuộc “Kế hoạch tổng thể
thực hiện chiến lược ứng dụng năng
lượng vì mục đích hoà bình đến năm
2020” thực hiện đề án “Phát triển ứng
dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong
công nghiệp đến năm 2020”

3 Số 4373/QĐ-BCT,
ngày 19 tháng 8
năm 2010
Quyết định về việc giao nhiệm vụ khoa
học công nghệ năm 2010 thuộc “Kế
hoạch tổng thể thực hiện chiến lược
ứng dụng năng lượng vì mục đích hoà
bình đến năm 2020” thực hiện đề án
“Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị

phóng xạ trong công nghiệp đến năm
2020”

4 Số 5027/QĐ-BCT
ngày 28/9/2010
Quyết định về việc bổ sung dự toán
ngân sách nhà nước năm 2010



v

4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:
Số
TT
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức đã
tham gia thực
hiện
Nội dung
tham gia
chủ yếu
Sản phẩm
chủ yếu
đạt được
Ghi
chú*
1 Viện Khoa

học và Kỹ
thuật Hạt
nhân
Viện Khoa học
và Kỹ thuật
Hạt nhân
Nghiên cứu
chuyên đề,
thực nghiệm
công tác thí
nghiệm
Báo cáo
chuyên đề,
kết quả thí
nghiệm

2 Công ty
TNHH Dịch
vụ kỹ thuật
Việt nam
Công ty TNHH
Dịch vụ kỹ
thuật Việt nam
Nghiên cứu
chuyên đề,
thực nghiệm
công tác thí
nghiệm
Báo cáo
chuyên đề,

kết quả thí
nghiệm

3 Trung tâm
đánh giá không
phá huỷ (NDE)
Nghiên cứu
chuyên đề,
thực nghiệm
công tác thí
nghiệm
Báo cáo
chuyên đề,
kết quả thí
nghiệm

- Lý do thay đổi (nếu có): Bổ sung đơn vị phối hợp thực hiện
5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không
quá 10 người kể cả chủ nhiệm)
Số
TT
Tên cá nhân
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên cá
nhân đã
tham gia
thực hiện
Nội dung tham gia

chính
Sản phẩm
chủ yếu đạt
được
Ghi
chú*
1 Ngô Văn
Trương
Ngô Văn
Trường
Thực hiện tất cả các
nội dung, các thí
nghiệm liên quan đến
đề tài
Báo cáo tổng
kết, kết quả
thử nghiệm,
cơ sở dữ liệu

2 Nguyên Đăng
Doanh
Nguyễn
Đăng
Doanh
Nghiên cứu, phân tích,
đánh giá, tiến hành các
thí nghiệm của đề tài
và soạn thảo quy trình
Báo cáo
chuyên đề, kết

quả thử

vi

kiểm tra nghiệm
3 Võ Thị Anh Võ Thị
Anh
Hệ thống các cơ sở dữ
liệu hạt nhân, biên
soạn tài liệu hướng dẫn
Báo cáo
chuyên đề, kết
quả thử
nghiệm

4 Vũ Văn Tiến Vũ Văn
Tiến
phân tích, đánh giá kết
quả kiểm tra, tiến hành
các thí nghiệm, cán bộ
thực hiện các biện
pháp, kỹ thuật an toàn
phóng xạ.
Báo cáo
chuyên đề, kết
quả thử
nghiệm

5 Đào Duy
Dũng

Đào Duy
Dũng
Nghiên cứu, tập hợp
dữ liệu, phân tích,
đánh giá, tiến hành các
thí nghiệm biên soạn
tài liệu, hướng dẫn và
soạn thảo quy trình
kiểm tra.
Báo cáo
chuyên đề, kết
quả thử
nghiệm

6 Đặng Ngọc Thuấn
7 Nguyễn Văn Phóng
8 Nguyễn Thị
Hồng Vân
Nguyễn
Thị Hồng
Vân
Thư ký đề tài
Cơ sở dữ liệu
9 Nguyễn
Tiến
Phong
Nghiên cứu, tập hợp
dữ liệu, phân tích,
đánh giá, tiến hành các
thí nghiệm biên soạn

tài liệu, hướng dẫn và
soạn thảo quy trình
kiểm tra.
Báo cáo
chuyên đề, kết
quả thử
nghiệm

10 Nguyễn
Xuân Kiên
Nghiên cứu, tập hợp
dữ liệu, phân tích,
đánh giá, tiến hành các
thí nghiệm biên soạn
tài liệu, hướng dẫn và
Báo cáo
chuyên đề, kết
quả thử
nghiệm

vii

soạn thảo quy trình
kiểm tra.
- Lý do thay đổi ( nếu có):

6. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian,
kinh phí, địa điểm )
Ghi chú*
1 Phương pháp chụp X-quang
kỹ thuật số- Kỹ thuật của thế
kỷ 21, 16/12/2010, Cục kỹ
thuật an toàn và môi trường
công nghiệp
Phương pháp chụp X-
quang kỹ thuật số- Kỹ
thuật của thế kỷ 21,
16/12/2010, Cục kỹ
thuật an toàn và môi
trường công nghiệp

2 Báo cáo kết quả đánh giá kỹ
thuật RT-D và RT-F, ngày
10/8/2011, Cục kỹ thuật an
toàn và môi trường công
nghiệp
Báo cáo kết quả đánh
giá kỹ thuật RT-D và
RT-F, ngày 10/8/2011,
Cục kỹ thuật an toàn và
môi trường công nghiệp

- Lý do thay đổi (nếu có):

7. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra
khảo sát trong nước và nước ngoài)
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Người,
cơ quan
thực hiện
1 Nghiên cứu nguyên lý kỹ
thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ
Tháng
11/2010
Tháng
11/2010
ISTC, NDE,
ISTE
viii

thuật số dùng phim số hoá

2 Xây dựng quy trình kiểm tra
chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật
số
Tháng
12/2010
Tháng
12/2010
ISTC, NDE,
ISTE
3 Thử nghiệm chụp ảnh phóng
xạ kỹ thuật số trên đối tượng
cụ thể và đánh giá và phân
tích kết quả thử nghiệm
Tháng
4/2011
Tháng
4/2011
ISTC, NDE,
ISTE
4 Đánh giá và so sanh RT-D và
RT-F
4/2011 4/2011 ISTC, NDE,
ISTE
5 Xây dựng chương trình đào
tạo chụp ảnh bức xạ kỹ thuật
số
5/2011 6/2011 ISTC, NDE,
ISTE
- Lý do thay đổi (nếu có):

III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và
chỉ tiêu chất lượng
chủ yếu
Đơn
vị đo
Số lượng
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
1
- Lý do thay đổi (nếu có):
b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú

1
Báo cáo Kết quả
phân tích,
đánh giá kỹ
Kết quả
phân tích,
đánh giá kỹ

ix

thuật thuật
2
Bộ tài liệu tham khảo Tài liệu đào
tạo kỹ thuật
Tài liệu đào
tạo kỹ thuật

3
Quy trình công nghệ Các bước
tiến hành,
thông số kỹ
thuật của
quy trình
Các bước
tiến hành,
thông số kỹ
thuật của
quy trình

4
Cơ sở dữ liệu Tài liệu tham
khảo kỹ
thuật
Tài liệu tham
khảo kỹ
thuật

- Lý do thay đổi (nếu có):
c) Sản phẩm Dạng III:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Số lượng,
nơi công bố
(Tạp chí, nhà
xuất bản)
1

- Lý do thay đổi (nếu có):
d) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số

TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên, địa
chỉ nơi ứng
dụng)
Kết quả
sơ bộ
1 Quy trình công nghệ
chụp ảnh bức xạ kỹ
thuật số
4/2011 Nhà máy điện
đạm Bà Rịa,
Tp. Vũng tàu
Được đơn vị
GS chấp nhận
2 Đánh giá và so sánh
RT-D và RT-F
8/2011 Công ty TNHH
Quốc Huy
Đúng yêu cầu
của nhà chết
tạo
x

2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ

công nghệ so với khu vực và thế giới…)
- Nhận thấy sự phát triển khoa học và trình độ nghiên cứu của các nước trên thế
giới
- Tạo điều kiện nâng cao trình độ chuyên môn và công tác nghiên cứu của các cán
bộ, cơ quan tham gia th
ực hiện đề tài

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:
(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các
sản phẩm cùng loại trên thị trường…)
- Tạo hiệu ứng và thay đổi quan điểm trong công tác kiểm tra vật liệu để ứng dụng
trong thực tế nhằm mục đích bảo vệ môi trương và an toàn bức xạ hạt nhân
-

3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 6/12/2010 Đúng yêu cầu trong hợp
đồng và tiến độ theo
thuyết minh đề tài

II Kiểm tra định kỳ
Lần 1

….
III Nghiệm thu cơ sở
20/8/2011 Đạt yều cầu theo thuyết
xi

minh đề tài và hợp đồng
đã được duyệt



Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)

Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

xii

MỤC LỤC

TT Nôi dung Trang
MỞ ĐẦU
1
PHẦN I: TỔNG QUAN
3
1.
Tình hình trong và ngoài nước
3
2.
Mô hình tổng quan chụp ảnh phóng xạ số
4
PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ KỸ THUẬT SỐ
SỬ DỤNG TẤM ẢNH IP
7
1.
Cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số
7
1.1

Nguyên lý tạo ảnh
7
1.2
Cơ chế đọ
c ảnh
8
1.3
Phân loại tấm ảnh IP
10
2.
Xây dựng qui trình và tiến hành thử nghiệm trên đối tượng cụ thể
14
2.1
Xây dựng qui trình kiểm tra
14
2.2
Thử nghiệm trên sản phẩm kim loại
23
2.3
Thử nghiệm trên sản phẩm phi kim loại
48
3.
So sánh và đánh giá ưu nhược điểm của RT-D và RT-F
50
KẾT LUẬN
57
LỜI CẢM ƠN
58
TÀI LIỆU THAM KHẢO
59

PH
Ụ LỤC
61




xiii


NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI

1. TCVN: Tiêu chuẩn Việt nam
2. ISO: International Standardization Organization (Tổ chức tiêu chẩn Quốc tế)
3. EN: Tiêu chuẩn Châu âu
4. ASTM: Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa kỳ
5. ASME: Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa kỳ
6. NDE: Kiểm tra không pháp huỷ
7. SWSI: Single Wall Single Image (Kỹ thuật đơn thành đơn ảnh)
8. DWDI: Double Wall Double Image (Kỹ thuật hai thành hai ảnh)
9.
SDWDI: Super Double Wall Double Image (Kỹ thuật chồng ảnh)
10. DDA: Digital Detector Array (Dãy đầu đo số)
11. SNR: (Tỉ số tín hiệu trên nhiễu)
12. IP: Image plate (Tấm ảnh)
13. IQI: Chỉ thị chất lượng ảnh
14. RT-F: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim truyền thống
15. RT-D: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số.
16. FDD: Khoảng cách từ điểm hội tụ
đến thiết bị nghi nhận

17. BOD: Nhu cầu ô xy hoá sinh hoá: Được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật
đã sử dụng trong quá trình ô xy hoá các chất ô nhiễm.
18. COD: Nhu cầu ô xy hoá hoá học: Là lượng ô xy cần thiết cho quá trình ô xy
hoá học các chất ô nhiễm trong màu nước.
19. TSS: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước.
20. T.N: Tổng Nitơ
21. T.P: Tổng phốt pho

RT-D:2010


Trang 1
MỞ ĐẦU

Phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số cũng tương tự như phương
pháp chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim truyền thống, sự khác biệt lớn nhất của hai
kỹ thuật này ở phương thức thu nhận tia bức xạ sau khi đi qua đối tượng kiểm tra.
Đối với kỹ thuật sử dụng phim truyền thống tia bức xạ sau khi đi qua mẫu vậ
t được
thu nhận bởi tấm phim x-quang và sau quá trình xử lý phim, hình ảnh của đối
tượng kiểm tra trở lên nhìn thấy được. Đối với kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số tia
bức xạ sau khi đi qua mẫu vật được thu nhận bằng nhiều cách khác nhau như thiết
bị detector, tấm phát quang hay tấm tạo ảnh phot pho (tấm ảnh IP), sau quá trình
ghi nhận này thông tin về mẫu vật kiểm tra được chuyển sang dạng số
hóa và sử
dụng máy tính để hỗ trợ đánh giá và giải đoán hình ảnh. Phương pháp chụp ảnh
phóng xạ sử dụng tấm phim IP là kỹ thuật tiên tiến so với phương pháp chụp phim
truyền thống. Trong phương pháp này quá trình thu nhận tia bức xạ, quá trình thu
nhận kết quả và biểu diễn hình ảnh được bổ sung các công cụ mới về kỹ thuật điện
tử, cơ khí và sự trợ giúp củ

a máy tính nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác giải
đoán, đánh giá hình ảnh. Ngoài ra kỹ thuật chụp phóng xạ dùng tấm ảnh IP có
thuận lợi trong việc lưu trữ, xử lý, ứng dụng công nghệ thông tin trong việc truyền
tải dữ liệu trên toàn cầu.

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số
trong kiểm tra vật liệu” được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ khoa học và công
nghệ năm 2010 thuộc Đề án “Phát triển bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công
nghiệp đến năm 2020” với mục tiêu như sau.

Mục tiêu đề tài:
¾ Phát triển công nghệ chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số vào Việt nam
¾ Xây dựng quy trình chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số
¾ Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ số trên một số đối tượng c
ụ thể
¾ Đánh giá về kỹ thuật, an toàn phóng xạ, vấn đề môi trường và khả năng áp
dụng.
¾ Đào tạo kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số


RT-D:2010


Trang 2
Nội dung nghiên cứu:
1. Nghiên cứu cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số
- Nghiên cứu nguyên lý tạo ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số
- Nghiên cứu và tìm hiểu cơ chế quét ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh phóng
xạ số
- Phân loại tấm ảnh thu nhận bức xạ IP

2. Xây dựng quy trình kiểm tra và thử
nghiệm
- Nghiên cứu và xây dựng quy trình kiêm tra vật liệu
- Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trên một số đối tượng cụ thể
như mối hàn dạng tâm, dạng ống, loại sản phẩm đúc, vật liệu bê tông, vật
liệu nhựa.

3. Đánh giá và so sánh kỹ thuật RT-D và RT-F
- So sánh và đánh giá về mặt kỹ thuật
- Đánh giá v
ề khả năng ứng dụng
- Đánh giá về an toàn bức xạ, bảo vệ môi trường
- Đáng giá về vấn đề tài chính

4. Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ số
- Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo RT-D
- Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo RT-D cho các kỹ
thuật viên đã được
chứng nhận RT-F
- Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo thực hành cho kỹ thuật viên RT-D

Thời gian thực hiện của đề tài: 12 tháng từ tháng 10/2010 đến 9/2011
Đơn vị thực hiện: Trung tâm hỗ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp- Cục Kỹ
thuật An toàn và Môi trường Công Nghiệp
Kinh phí thực hiện đề tài: 680 triệu vnđ

RT-D:2010


Trang 3
PHẦN I: TỔNG QUAN

1. Tình hình trong và ngoài nước
Hiện nay với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển
bùng nổ các thiết bị kỹ thuật số đã tạo ra những thuận lợi và ứng dụng ngày
càng sâu rộng hơn phụ vụ lợi ích của con người. Do vậy phương pháp chụp ảnh
phóng xạ trong công nghiệp cũng được nghiên cứu ứng dụng cho kiểm tra vật
liệ
u theo mục tiêu kỹ thuật số hóa các kết quả kiểm tra để phụ vụ cho công tác
đánh giá chất lượng sản phẩm ngày càng thuận lợi hơn. Đối với phương pháp
chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đã được nghiên cứu và phát triển từ cuối thế kỷ
trước và đầu thế kỷ 21 ở Mỹ, Viện BAM của Đức, IAEA và tổ chức ISO.
Phương pháp chụp ả
nh phóng xạ kỹ thuật số cũng giống như phương pháp chụp
ảnh thông thường, tuy nhiên sự khác biệt lớn nhất của hai kỹ thuật này là
phương thức ghi nhận tia bức xạ.
Với phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đã làm thay đổi cách xử lý
và biểu diễn kết quả kiểm tra. Những thuận lợi của phương pháp chụp ảnh
phóng xạ số so v
ới chụp ảnh phóng xạ thông thường được thể hiện qua một số
thống kê dưới đây.

¾ Không dùng hóa chất xử lý phim, phòng tối và thiết bị phòng tối
¾ Khả năng lưu trữ dữ liệu tốt hơn, có thể kế nối dữ liệu trên toàn cầu, vấn

đề hội chẩn hình ảnh được thực hiện dễ dàng.
¾ Công cụ đo chiều sâu bất liên tục, chiều dày vật liệu, đánh giá độ ăn mòn
kim loại
¾ Thay đổi độ tương ph
ản của ảnh chụp, lọc màu, điều chỉnh cấp độ màu
giúp cho công tác giải đoán hình ảnh dễ dàng hơn.

Ở Việt Nam các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) nói chung và kỹ
thuật chụp ảnh phóng xạ nói riêng được ứng dụng từ những năm 1980 cho đến
nay. Các kỹ thuật này thực sự phát triển rộng khắp trên toàn lãnh thổ và ở hầu
hết tất cả các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, các nhà máy. Các kỹ
thuật NDT cũng đã góp phần mang lại những hiệu quả nhất định cho nền kinh
tế, đặc bi
ệt các kỹ thuật này thực sự không thể thiếu trong các quá trính chế tạo,
lắp đặt cũng như trong quá trình bảo dưỡng bảo trì, đánh giá hư hỏng của các
sản phẩm và các công trình công nghiệp.
RT-D:2010


Trang 4
Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ kỹ thuật số (các đầu dò
nhậy, thiết bị thu nhận và tích luỹ ảnh) và các phần mềm xử lý, biểu diễn ảnh đã
mạng lại nhiều lợi ích và tiện nghi cho người sử dụng. Ở Việt Nam sự phát triển
và ứng dụng phương pháp này mới chỉ dừng lại trong phạm vi mua sắm thiết bị,
còn vi
ệc triển khai và ứng dụng thực sự còn hạn chế chưa khai thác hết những
ưu điểm của phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số mang lại do nhiều
nguyên nhân khác nhau. Do vậy sự cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng và triển
khai kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số vào Việt nam trong các lĩnh vực
như năng lượng, kết cấu, giao thông và d

ự án Điện hạt nhân trong tương lai để
mang lại hiệu quả tốt hơn với mục đích bảo đảm chất lượng, bảo vệ môi trường,
an toàn bức xạ. Hy vọng rằng kết quả của đề tài sẽ tạo ra một cuộc “cách mạng”
trong việc sử dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số ở Việt nam.





















RT-D:2010


Trang 5
PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ

TRONG KIỂM TRA VẬT LIỆU

CHƯƠNG 1
: KỸ THUẬT CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRUYỀN THỐNG
1.1- Cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ
1.1.1- Nguồn gốc của bức xạ tia X và tia Gamma
Nguồn gốc tia X: Năm 1895 Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc
nghiên cứu hiện tượng phóng điện qua không khí, trong thời gian thí nghiệm ông
đã chụp được một số hình ảnh của các vật thể khác nhau như h
ộp chứa các quả
cầu, một khẩu súng ngắn. Những bức ảnh này đã đánh dấu sự ra đời của phương
pháp chụp ảnh bức xạ. Năm 1913 Collidge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X
năng lượng cao có mức độ xuyên thấu lớn hơn. Ngày nay khoa học đã chứng minh
bức xạ tia X được sinh ra từ bên ngoài hạt nhân nguyên tử do các electron chuyển
động tới tươ
ng tác với phần tử làm bia, các electron chuyển động này bị hãm lại từ
từ hoặc một cách đột ngột chúng mất đi phần động năng ban đầu, phần động năng
này được chuyển thành nhiệt năng hoặc phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ tia X.
Ngoài ra tia X cũng có thể được sinh ra khi electron có năng lượng đủ lớn làm bứt
electron ở lớp vỏ nguyên tử bia, nguyên tử sau đó trở nên không b
ền vững và các
electron khác trong cùng nguyên tử nhảy vào lấp chỗ trống các electron này sẽ mất
một phần năng lượng bằng cách phát ra một lượng tử bức xạ, lượng tử này được
gọi là tia X đặc trưng. Năm 1930 hải quân Mỹ đồng ý dùng phương pháp chụp ảnh
phóng xạ để kiểm tra các mối hàn của nồi hơi được lắp đặt trên tàu thủy sau đó
phương pháp này được phát triển rộng kh
ắp trong lĩnh vực hàng không, các nhà
máy điện, lĩnh vực luyện kim, lĩnh vực dầu khí v v.
Nguồn gốc tia Gamma: Bức xạ gamma là một loại bức xạ điện từ chúng được
phát ra từ bên trong hạt nhân nguyên tử do quá trình dịch chuyển trạng thái của hạt

nhân nguyên tử từ trạng thái kích thích về trạng thái bền vững hơn. Bức xạ gamma
được dùng trong chụp ảnh phóng xạ chủ yếu là bứ
c xạ gamma phát ra từ các đồng
vị phóng xạ nhân tạo như Cobalt-60, Iridium-192, Cesium-137, Thulium-170.

1.1.2- Tương tác của bức xạ với vật chất
Xét một chùm tia bức xạ đi qua vật liệu có chiều dày là t thì một số tia có thể đi
qua được toàn bộ chiều dày, một số tia bị hấp thụ hoặc bị tán xạ theo nhiều hướng
khác nhau do đó cường độ tia bức xạ sẽ bị suy gi
ảm một phần. Sự suy giảm của
chùm tia bức xạ phụ thuộc vào năng lượng của tia bức xạ, loại vật liệu, mật độ và
RT-D:2010


Trang 6
Chùm bức xạ tia tới
Bức xạ tia X
đặc trưng
Quang electron
e
-
chiều dày của vật liệu mà chúng xuyên qua. Cường độ bức xạ sau khi đi qua chiều
dầy t vật liệu là I=I
0
x e
-µt
(xem hình I.1). Trong đó µ được gọi là hệ số hấp thụ
tuyến tính, I
0
là cường độ bức xạ ban đầu. Hệ số µ là một hàm số của các tham số

chính là năng lượng của tia bức xạ, chiều dày, mật độ và loại vật liệu. Có ba hiệu
ứng cơ bản làm suy giảm cường độ của chùm tia tới sau khi đi qua vật liệu đó là:
Hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. Để
tính toán cho các hiệu ứng trên thì giá trị hấp thụ tuyến tính có thể được biểu diễn
như sau: µ=(τ+σ+κ). Trong đó τ là hệ số suy giảm do sự hấp thụ quang điện, σ là
hệ số suy giảm do sự tán xạ Compton và κ là hệ số suy giảm do sự tạo cặp. Các hệ
số suy giảm này được thể hiện qua các nội dung dưới đây.






Hình 1
: Quá trình hấp thụ bức xạ của vật liệu
a) Hiệu ứng quang điện
- Trong quá trình xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện, bức xạ tia X hoặc tia
gamma truyền toàn bộ năng lượng của chúng cho một electron nằm ở lớp vỏ
trong cùng của một nguyên tử để bứt electron này ra khỏi nguyên tử và
truyền cho electron một động năng nào đó (hình I.2). Trong quá trình này,
bức xạ tia X ho
ặc tia gamma biến mất, hạt electron được bứt ra khỏi nguyên
tử được gọi là quang electron.

Hình 2
: Sự hấp thụ quang điện

RT-D:2010


Trang 7
- Sự hấp thu quang điện xảy ra chủ yếu đối với các electron nằm trong lớp vỏ
điện tử có liên kết bền vững và không xảy ra đối với các electron tự do (liên
kết yếu) điều này là do định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng. Do đó,
sự hấp thụ quang điện thường xảy ra đối với các electron nằm ở lớp K của
nguyên tử. Khi nă
ng lượng của bức xạ tia X hoặc tia gamma gần bằng năng
lượng liên kết của các electron trong lớp vỏ nguyên tử thì có một sự gia tăng
đột ngột quá trình hấp thụ. Năng lượng mà tại đó xuất hiện sự hấp thụ gia
tăng đột ngột rõ nét này được gọi là biên hấp thụ K (Giới hạn hấp thụ K).
Hiển nhiên vị trí mà tại đó động năng của electron bay ra là bằ
ng không.
Mặt khác khi năng lượng của tia X hoặc tia gamma tăng lên sẽ làm cho sự
hấp thụ quang điện giảm xuống và biên hấp thụ xuất hiện ở dải năng lượng
bức xạ thấp hơn. Trong quá trình này, thường đi kèm theo quá trình phát ra
electron quang điện là bức xạ tia X đặc trưng. Xác xuất xảy ra sự hấp thụ
quang điện chủ yếu đối với tia bức xạ có nă
ng lượng (E) thấp và nguyên tố
có nguyên tử số Z lớn, do các electron trong các nguyên tử này liên kết bền
vững hơn và xác suất này biến thiên gần đúng với tỷ lệ 1/E
3.5
và Z
5

. Qua đó
ta có thể hiểu rằng tại sao trong thực tế thì chì (Pb) có Z=82 và Uranium có
Z=92 dùng để che chắn chống bức xạ tia X hoặc tia gamma rất hiệu quả.
b) Hiệu ứng tán xạ Compton
- Khi năng lượng của photon lớn hơn mức năng lượng liên kết của electron
nằm ở lớp K (cạnh hấp thụ K hay giới hạn hấp thụ K) thì hiệu ứng Compton
bắt đầu xảy ra. Bức x
ạ tia X hoặc tia gamma cũng giống như một hạt có thể
truyền một phần năng lượng của nó cho một electron sau đó bứt electron này
ra khỏi nguyên tử và chuyển động với một vận tốc nào đó còn bản thân bức
xạ tia X hoặc tia gamma cũng bị tán xạ ra xa theo một góc nào đó với sự suy
giảm năng lượng so với năng lượng ban đầu (xem hình I.3).
- Tán xạ Compton xảy ra chủ y
ếu đối với các electron tự do và các electron
liên kết yếu nằm ở lớp ngoài cùng của nguyên tử do những electron này có
thể xem như là tự do đối với bức xạ tia X hoặc tia gamma có năng lượng
cao. Xác suất xảy ra tán xạ Compton tăng theo một cách tuyến tính với
nguyên tử số của vật liệu chịu tương tác và giảm xuống chậm khi năng
lượng của bức xạ tia X hoặc tia gamma tăng lên. Đối với d
ải năng lượng bức
xạ được dùng trong chụp ảnh bức xạ thì trong dải năng lượng trung bình
hiệu ứng Compton là quá trình suy giảm quan trọng nhất. Thực tế sự tác
động của bức xạ tán xạ mà phần lớn những bức xạ đi đến phim có một
RT-D:2010


Trang 8
hướng khác với hướng truyền của bức xạ sơ cấp. Bức xạ sơ cấp tạo ra ảnh
chụp trên phim còn bức xạ tán xạ Compton có khuynh hướng là làm mờ
hình ảnh. Khi năng lượng của bức xạ sơ cấp tăng lên thì tỉ lệ phần trăm bức

xạ tán xạ Compton lớn hơn sẽ hướng về phía trước gần trùng với hướng
truyền chùm bức x
ạ sơ cấp. Nếu bức xạ tia X hoặc tia gamma bị tán xạ có
năng lượng không thay đổi thì quá trình này được gọi là quá trình kết hợp
hay còn gọi là tán xạ Rayleigh.









Hình 3
: Sự tán xạ compton
c) Hiệu ứng tạo cặp
- Khi chùm bức xạ tia X hoặc tia gamma có năng lượng đủ lớn (≥ 1.02 MeV)
thì quá trình tạo cặp có thể xảy ra. Bức xạ tia X hoặc tia gamma tương tác
với vật chất trong điện trường của hạt nhân tạo ra một electron (mang điện
tích âm) và một positron (mang điện tích dương). Trong quá trình này bức
xạ biến mất và tạo ra một cặp electron và positron (xem hình I.4)

Hình 4
: Quá trình tạo cặp


Bức xạ tới
Bức xạ tán xạ
e
-
Electron Compton

Bức xạ tới
e
+
e
-
Cặp electron và positron
RT-D:2010


Trang 9
- Khác với quá trình hấp thụ quang điện và tán xạ Compton, quá trình tạo cặp
không gây ra sự ion hóa nguyên tử. Sự tạo cặp chiếm ưu thế hơn các dạng
tương tác khác đối với bức xạ ở dải năng lượng cao. Xác suất xảy ra hiệu
ứng này tăng lên nhanh cùng năng lượng bức xạ.

1.1.3- Nguyên lý nghi nhận bức xạ tia X và tia Gamma
a) Ghi nhận bức xạ bằng phim
- Gi

ống như ánh sáng nhìn thấy được, bức xạ tia X và tia gamma gây ra
những thay đổi quang hóa trong lớp nhũ tương của phim, vì thế chúng tạo ra
những thay đổi về mật độ quang học (độ đen) của phim tia X. Quá trình làm
đen phim phụ thuộc vào cả số lượng và chất lượng của bức xạ đi đến tương
tác với phim. Khi bức xạ đi đến tương tác với lớp nhũ tương của phim sẽ
hình thành một hình ảnh tiềm tàng và được gọi là “ảnh ẩn”. Quá trình này
xảy ra theo cơ chế sau đây: Lớp nhũ tương trên phim chụp ảnh phóng xạ có
chứa những tinh thể bạc bromua nhỏ li ti. Dưới tác động của bức xạ có năng
lượng hν thì một ion âm bromua (Br-) giải phóng bớt một electron của nó để
trở về trạng thái trung hòa. Phân tử AgBr
2
được tạo thành từ hai liên kết
dạng Hiđro có năng lượng liên kết khoảng 204,2kCal/mol. Để tạo ra ảnh ẩn
phân tử AgBr cần thiết phải được truyền giá trị năng lượng tối thiểu là 208,4
kCal/mol thì phân tử sẽ được tách ra thành các ion dương và âm
Nghĩa là: Br
-
+ hν Br + e
-
.
- Electron được giải phóng trung hòa ion dương bạc (Ag+) để trở thành
nguyên tử Ag bằng phản ứng: Ag
+
+ e
-
Ag
- Toàn bộ quá trình trên có thể được biểu diễn như sau:
Ag
+
+ Br

-
Ag + Br
- Các nguyên tử bromua trung hòa sẽ kết hợp lại với nhau để hình thành nên
các hạt brom và thoát ra khỏi những tinh thể bạc bromua (AgBr
2
), ngược lại
những nguyên tử bạc tự do sẽ được lắng xuống. Sau khi xử lý tráng rửa
phim thì ảnh ẩn sẽ trở nên nhìn thấy được.
- Phim được sử dụng phổ biến trong phương pháp chụp ảnh bức xạ sử dụng
tia X và tia gamma trong những năm qua. Phương pháp này có một ưu điểm
là cho kết quả ghi nhận có độ sắc nét cao, lưu giữ được lâu dài.


RT-D:2010


Trang 10
b) Ghi nhận bức xạ bằng các chất phát quang
- Có một vài chất như là cadimium sulphase, barium platinocyanide hoặc
calcium sulphate phát ra ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng tử ngoại khi chúng
bị chiếu xạ bởi các bức xạ tia X hoặc tia gamma. Nếu quá trình phát ánh
sáng chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian chiếu xạ được gọi là quá trình phát
huỳnh quang. Quá trình phát huỳnh quang được sử dụng trong cả soi ảnh
trên màn huỳnh quang (hình ảnh của mẫu vật được kiểm tra có thể nhìn thấ
y
được trên màn huỳnh quang) và trong chụp ảnh bức xạ mà trong đó các màn
tăng cường huỳnh quang được sử dụng để làm tăng hiệu ứng quang hóa trên
phim mà được tạo ra bởi bức xạ.

c) Ghi nhận bức xạ bằng detector điện tử

- Tất cả các detector điện tử được sử dụng hầu hết đều là detector nhấp nháy
mà những detector nhấp nháy này hoạt động d
ựa trên những nguyên lý
giống như nguyên lý ghi nhận huỳnh quang được mở rộng và theo cách khac
nhau. Một detector nhấp nháy gồm có một bản tinh thể nhấp nháy và một
ống nhân quang điện. Bản tinh thể nhấp nháy có thể chứa nhiều chất nhấp
nháy khác nhau đó là thodium được kích hoạt bởi lithium iodides. Bản tinh
thể nhấp nháy thường được phủ bởi một lớp berylium mỏng và bên dưới lớp
berylium này là một lớp mỏng bằng nhôm. Berylium là m
ột chất chắn sáng
nhưng nó cho phép bức xạ tia X đi qua nó. Nhôm có chức năng như là một
chất làm phản xạ ánh sáng. Giữa Bản tinh thể nhấp nháy và ống nhân quang
điện là một chất như silicon. Chất silicon này có một hiệu suất phát sáng
nhấp nháy trong bản tinh thể nhấp nháy cao.
- Khi bức xạ đi đến tương tác vào bản tinh thể nhấp nháy (NaI hoặc LiI được
làm tăng hoạt tính bằng chất thallium hay germanium tương
ứng), thì bức xạ
có thể mất đi một phần hay toàn bộ năng lượng của chúng do bởi quá trình
hấp thụ và phát ra ánh sáng nhấp nháy bên trong bản tinh thể nhấp nháy
(theo tính chất huỳnh quang thì ánh sáng này thường nhìn thấy được trên
màn). Cường độ ánh sáng phát ra là một hàm theo năng lượng của bức xạ đi
đến tương tác với bản tinh thể. Ánh sáng được truyền đến photocathode
(photocathode là một chất có thể phát ra eletron khi bị ánh sáng nhìn thấy
chiếu vào) củ
a ống nhân quang điện. Ánh sáng này sẽ giải phóng cac eletron
ra khỏi cathode. Những electron này sau đó va chạm vào anode thứ nhất của
ống nhân quang điện. Trên mỗi anode sẽ có sự khuếch đại số lượng các
RT-D:2010

Trang 11
electron va đập vào và sẽ cho một quá trình khuếch đại có thể đạt đến trên
10
9
. Những electron được khuếch đại này cuối cùng sẽ đập vào anode, từ đó
sẽ tạo ra một xung điện được khuếch đại qua bộ tiền khuếch đại và sau đó
đưa qua một bộ phân tích hay bộ phân tách.

1.2- Phân tích và đánh giá các yếu tố tác động đến môi trường và các điều
kiện khác nhau đến kết quả kiểm tra

Trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ truyền thống các y
ếu tố ảnh hưởng đến
kết quả kiểm tra chủ yếu là độ nhạy, độ tương phản và độ sắc nét được thể hiện
trên phim sau khi xử lý. Sự ảnh hưởng của các yếu tố này được thể hiện qua các sơ
đồ sau đây.

Hình 5
: Sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy

Diễn giải sơ đồ:
- Năng lượng: Khi năng lượng chùm tia tới lớn (bước sóng ngắn) dẫn đến khả
năng bị tán xạ nhiều hơn làm ảnh hưởng đến độ tương phản.
- Độ đen: độ đen quá cao hoặc quá thấp cũng ảnh hưởng đến độ t
ương phản
và độ rõ nét của ảnh chụp phóng xạ.