Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển quét chùm tia bức xạ ứng dụng trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trên vật liệu không đồng nhất

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU 1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 2
LỜI MỞ ĐẦU 5
KẾT LUẬN 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 : Phân loại phim chụp ảnh bức xạ……………………………… 17
Bảng 1.2: Đường kính của các dây trong bộ IQI loại dây………………… 28
Bảng 2.1: Các giá trị thanh ghi IE………………………………………… 43
Bảng 2.2: Các giá trị thanh ghi TMOD…………………………………… 44
Bảng 2.3: Các giá trị thanh ghi TCON…………………………………… 45
Bảng 3.1: Tốc độ của bộ điều khiển…………………………………………64
Bảng 3.2: Các kết quả đánh giá phim 1…………………………………… 75
Ngô Tiến Mạnh 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Bảng 3.3: Các kết quả đánh giá phim 2…………………………………… 77
Bảng 3.4: Các kết quả đánh giá phim 3…………………………………… 79
Bảng 3.5: Các kết quả đánh giá phim 4…………………………………… 81
Bảng 3.6: Kết quả tổng hợp đánh giá các phim…………………………… 83
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Quá trình chụp ảnh bức xạ
Hình 1.2: Cấu tạo ống phát tia X
Hình 1.3: Cấu tạo phim ảnh
Hình 1.4: Hình ảnh về máy đo độ
đen
Hình 1.5a: Đường cong đặc trưng điển hình của một phim tia X, loại trực
tiếp
Ngô Tiến Mạnh 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Hình 1.5b: Đường cong đặc trưng điển hình của một phim tia X, màn tăng
cường bằng muối
Hình 1.6a: Các đường cong đặc trưng của ba loại phim tiêu biểu, dùng
trong
công
nghiệp.
Hình 1.6b: Đường cong đặc trưng điển hình cho phim tia X loại trực
tiếp
Hình 1.7: Độ tương phản
Hình 1.8: Bố trí hình học trong chụp ảnh bức xạ
Hình 1.9: IQI dạng bậc và
lỗ.
Hình 2.1: Phương pháp dùng nêm thật.
Hình 2.2: Phương pháp dùng nhiều phim
Hình 2.3: Phương pháp chụp nhiều lần trên 1 phim
Hình 2.4: Phương pháp dùng nêm chì
Hình 2.5: Phương pháp dùng nêm ảo
Hình 2.6: Phương pháp để tạo nên nêm ảo
Hình 2.7: Cấu trúc 89C51 dạng sơ đồ khối tổng quát
Hình 2.8: Sơ đồ chân vi điều khiển 89C51
Hình 2.9: Dao động của thạch anh
Hình 2.10: Chương trình khi có ngắt và không có ngắt
Ngô Tiến Mạnh 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Hình 2.11: Độ rộng xung
Hình 2.12: Sơ đồ khối bộ điều khiển chùm tia bức xạ
Hình 2.13: Sơ đồ nguồn nuôi DC
Hình 2.14: Sơ đồ mạch vi điều khiển
Hình 2.15: Mạch cầu điều khiển Motor

Hình 2.16: Lưu đồ chương trình phục vụ ngắt
Hình 2.17: Lưu đồ chương trình chính
Hình 2.18 Mạch nạp cho vi điều khiển
Hình 2.19: Minh họa bộ truyền động
Hình 2.20: Mạch đã lắp ráp
Hình 2.21 Bộ cơ đã được chế tạo và lắp vào cửa sổ máy phát
Hình 3.1: Kích thước mẫu vật được chụp
Hình 3.2: Bố trí IQI trên mẫu vật
Hình 3.3: Bố trí hình học khi không dùng bộ điều khiển quét chùm tia
Hình 3.4: Bố trí hình học khi dùng bộ điều khiển quét chùm tia
Hình 3.5: Giản đồ liều chiếu của máy phát tia X
Hình 3.6: So sánh dải độ đen của phim không dùng và có dùng bộ điều khiển
phim 1
Ngô Tiến Mạnh 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Hình 3.7: So sánh dải độ đen của phim không dùng và có dùng bộ điều khiển
phim 2
Hình 3.8: So sánh dải độ đen của phim không dùng và có dùng bộ điều khiển
phim 3
Hình 3.9: So sánh dải độ đen của phim không dùng và có dùng bộ điều khiển
phim 4
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin thì kỹ thuật hạt nhân
được áp dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống, và mang lại nhiều lợi
ích kinh tế - xã hội. Trong sự phát triển của kỹ thuật hạt nhân, kỹ thuật “kiểm tra
không phá hủy (NDT)” được sử dụng khá rộng rãi trong nhiều ngành công
nghiệp trên khắp thế giới và Việt Nam. Một trong những phương pháp kiểm tra
không phá hủy ngày càng được chấp nhận sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan
trọng trong công nghiệp là: Phương pháp chụp ảnh bức xạ trong công nghiệp
Ngô Tiến Mạnh 5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
( Radiography Testing – RT ). Nó đang ngày càng trở nên hữu hiệu và là sự lựa
chọn của nhiều ngành công nghiệp trong việc kiểm tra chi tiết trên công trình
yêu cầu độ an toàn cao. Tuy nhiên trong kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trên các mẫu
vật có bề dày không đồng nhất còn gặp nhiều khó khăn, phải chụp nhiều lần,
mất thời gian và tốn kém. Để khắc phục vấn đề này, đề tài nghiên cứu xây dựng
thiết kế, chế tạo một bộ điều khiển quét chùm tia bức xạ điều chỉnh liều chiếu
thích hợp với từng bề dày của vật để đảm bảo chỉ trong một phép chụp cho hình
ảnh đạt yêu cầu các tiêu chuẩn NDT. Bộ điều khiển được xây dựng dựa trên cơ
sở của hệ thống gồm vi điều khiển, các khóa điện tử và bộ hiển thị kết nối để
điều khiển hệ cơ khí. Bước đầu đề tài đã ứng dụng chụp ảnh bức xạ cho mẫu vật
có bề dày thay đổi tuyến tính và đã đạt được kết quả khả quan.
Đề tài bao gồm các nội dung chính sau:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp chụp ảnh bức xạ
- Tìm hiểu các khó khăn của kỹ thuật chụp ảnh bức xạ trên các mẫu vật có
bề dày không đồng nhất và đặt ra vấn đề cần nghiên cứu
- Giải quyết vấn đề
- Kiểm nghiệm khả năng ứng dụng thực tế và đưa ra một số kết quả
Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Th.S Lê Văn
Miễn đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện nghiên cứu và giúp đỡ em rất nhiều
trong suốt quá trình thực tập và làm đồ án.
Ngô Tiến Mạnh 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo đã hết lòng giảng dạy, quan
tâm, tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội.
Hà Nội 06/2011
Chương 1 : Cơ sở lý thuyết của phương pháp chụp ảnh
bức xạ
1.1Khái niệm phương pháp chụp ảnh bức xạ (RT)

Phương pháp chụp ảnh bức xạ là một phương pháp được dùng để xác định
khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu và có cấu hình khác nhau.
Ngô Tiến Mạnh 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Một phim chụp ảnh bức xạ thích hợp được đặt phía sau vật cần kiểm tra và
được chiếu bởi một chùm tia X hoặc tia gamma khi đi qua vật thể bị thay đổi tùy
theo cấu trúc bên trong của vật thể và như vậy sau khi rửa phim đã chụp sẽ hiện
ra hình ảnh bóng, đó là ảnh chụp bức xạ của sản phẩm. Sau đó phim được giải
đoán để có được những thông tin về khuyết tật bên trong sản phẩm.
Phương pháp này được dùng rộng rãi cho tất cả các loại sản phẩm như vật
rèn, đúc và hàn
 Một số ưu điểm của phương pháp kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ:

Có thể được dùng để kiểm tra những vật liệu có diện tích lớn chỉ trong
một lần chụp

Hữu hiệu đối với tất cả các vật liệu

Có thể được dùng để kiểm tra sự sai hỏng bên trong cấu trúc vật liệu, sự
lắp ráp sai các chi tiết, sự lệch hàng

Cho kết quả kiểm tra lưu trữ được lâu

Có các thiết bị để kiểm tra chất lượng phim bức xạ

Quá trình giải đoán phim được thực hiện trong những điều kiện rất tiện
nghi.
 Những hạn chế của phương pháp này:

Chùm bức xạ tia X hoặc gamma gây nguy hiểm cho sức khỏe con người


Không thể phát hiện được các khuyết tật dạng phẳng một cách dễ dàng

Cần phải tiếp xúc được cả 2 mặt của vật thể kiểm tra

Bị giới hạn về bề dày kiểm tra

Có một số vị trí trong một số chi tiết không thể chụp được do cấu tạo hình
học

Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra

Phương pháp này rất đắt tiền

Không dễ tự động hóa

Người thực hiện phương pháp này cần có nhiều kinh nghiệm trong việc
giải đoán ảnh chụp trên phim.
1.2 Cơ sở vật lý của phương pháp chụp ảnh bức xạ (RT) [1]
Ngô Tiến Mạnh 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Mục đích của chụp ảnh bức xạ tia X là chỉ ra sự hiện diện và loại khuyết tật
bên trong của vật liệu cần kiểm tra. Kỹ thuật chụp ảnh này nhằm tận dụng khả
năng của tia X hoặc gamma với bước sóng cực ngắn khi đi vào các vật thể
Bước sóng càng ngắn thì khả năng xuyên thấu càng lớn. Không phải tất cả các
tia bức xạ đều xuyên qua vật liệu mà một phần bị hấp thụ bởi chính vật liệu đó.
Lượng bị hấp thụ là một hàm theo mật độ hay chiều dày của mỗi loại vật liệu:
I = I
o
e

(-µx)
(1.1)
Trong đó:
I
o
: Cường độ của bức xạ tia X hoặc 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
Hình 1.1: Quá trình chụp ảnh bức xạ
Nếu có khuyết tật rỗng hay tính không liên tục của vật liệu thì cần chùm tia
bức xạ nhỏ hơn chùm tia khi xuyên qua vật liệu rắn đồng nhất. Do vậy có sự
khác nhau của các bức xạ bị hấp thụ giữa chỗ có và không có khuyết tật.
Ngô Tiến Mạnh 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Nếu ghi nhận hiện tượng trên bằng phim tia X hay gamma sẽ cho ta một ảnh
chỉ ra có hay không sự hiện diện của khuyết tật. Ảnh này có bóng tối tạo bởi tia
X hay gamma khác nhau giữa chỗ có và không có khuyết tật
Như vậy, chụp ảnh bức xạ có độ nhạy dựa vào nguyên lý hấp thụ của bức xạ
khi đi qua vật liệu. Sự khác nhau của các vùng hấp thụ được dịch ra các thông
tin liên quan đến cấu trúc bên trong của vật liệu.
Về bản chất cơ bản hệ chụp ảnh gồm: nguồn phóng xạ, vật thể cần kiểm tra,
bộ phận ghi là phim cùng hệ thống xử lý và đọc phim
1.3 Nguồn bức xạ và đặc trưng của tia X và tia gamma [1]
1.3.1 Nguồn tia X
Hình 1.2: Cấu tạo ống phát tia X
Nguồn phát tia X dùng cho chụp ảnh công nghiệp là ống phát tia X. Ống phát
tia X kinh điển là một ống thủy tinh chân không chứa điện cực dương anode và
điện cực âm cathode. Cathode bao gồm các sợi dây tóc được đốt nóng bởi dòng
điện cỡ vài ampe để phát ra các điện tử. Dưới tác dụng của điện trường giữa
anode và cathode các điện tử từ cathode sẽ chạy về anode. Dòng điện tử này

được tập trung thành một chùm bởi một ống hình trụ và chén hội tụ. Bia là một
miếng lót kim loại hàn điểm cắm vào anode ở chỗ mà chùm điện tử đập vào. Sự
va đập này sẽ làm bia phát ra tia X
Về bản chất, phần diện tích của bia bị va đập bởi thông lượng electron phải đủ
rộng để tránh bị đốt nóng cục bộ gây nguy hiểm và cho phép tản nhiệt nhanh.
1.3.2 Các nguồn gamma
Ngô Tiến Mạnh 10
0
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Khác với máy phát tia X phát một dải rộng độ dài sóng, nguồn gamma chỉ
phát ra một hoặc vài vạch riêng biệt. Nguồn gamma có thuận lợi là dễ chế tạo,
có kết cấu chắc chắn và không phụ thuộc vào năng lượng bên ngoài. Dễ dàng
kiểm tra các đường ống, các thiết bị có áp suất có lối vào bên trong khó khăn.
Các tia gamma là bức xạ điện từ phát ra từ những hạt nhân không bền, mỗi
đồng vị có mức năng lượng hạt nhân đặc trưng riêng cũng như cường độ bức xạ
phát ra khác nhau. Các mức năng lượng gamma là hằng số đối với từng loại
riêng nhưng cường độ phân rã giảm theo thời gian và được đặc trưng bởi thời
gian bán rã. Do vậy chỉ một số ít các đồng vị phóng xạ được sản xuất từ các lò
phản ứng hạt nhân được lựa chọn dùng cho mục đích chụp ảnh phóng xạ vì sự
đáp ứng thỏa đáng của các thông số : thời gian sống, hoạt độ và giá thành có thể
chấp nhận được …
Bốn loại nguồn dùng trong chụp ảnh phóng xạ thông dụng nhất là Co-60, Ir-
192, Cs-137 và Th-170. Tất cả các đồng vị trên đều được sản xuất bằng phản
ứng (n,gamma) ngoại trừ Cs-137 sinh ra từ các sản phẩm phân hạch của nhiên
liệu trong lò phản ứng bị chiếu xạ. Co-60 và Ir-192 thường có hoạt độ riêng cao
nên nguồn có kích thước nhỏ cũng cho ra hoạt độ bức xạ cần thiết cho mục đích
sử dụng
1.3.3 Các đặc trưng của bức xạ tia X và tia gamma
Bức xạ tia X là dạng bức xạ điện từ giống như ánh sáng. Giữa tia X và

ánh
sáng thường chỉ khác nhau về bước sóng. Trong kiểm tra vật liệu
bằng

chụp
ảnh bức xạ thường sử dụng bức xạ tia X có bước sóng từ 10
-4
A
0

đến

10
A
0
(1
A
0
= 10
-10
m). Tần số dao động riêng f, bước sóng xác định tính
chất
đặc
trưng của bức xạ lan truyền trong không gian λ với tốc độ ánh sáng c
liên
hệ
với nhau theo :
Ngô Tiến Mạnh 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
λ =

(1.2)
Khi giảm bước sóng λ năng lượng bức xạ E tăng lên. Do vậy tính
chất
hạt
trội hơn tính chất sóng nên khả năng đâm xuyên mạnh
hơn
Bức xạ tia X và gamma là bức xạ điện từ giống như ánh sáng, nên
có
những tính chất giống nhau như
:

Khi bức xạ tia X hay gamma chiếu qua không nhìn thấy được

Không thể cảm nhận được bằng giác quan của con người.

Chúng
gây
nguy hại cho tế bào
sống

Chúng truyền với một vận tốc bằng với vận tốc ánh sáng

Chúng làm cho các chất phát huỳnh quang. Các chất phát huỳnh
quang
đó
là kẽm sulfide, canxi tungstate, kim cương, barium, thallum
được
kích
hoạt natri
iodide.


Chúng gây sự ion hoá, chúng có thể tách các electron ra khỏi
các
nguyên tử khí để tạo các ion dương, ion
âm.

Chúng tuân theo định luật tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng
cách.
Đó là, cường độ bức xạ tia X hoặc gamma tại một điểm bất kỳ nào đó tỷ
lệ
nghịch
với bình phương khoảng cách từ nguồn đến điểm đó:
I ~
(1.3)
với I: cường độ bức xạ, r : khoảng
cách.

Chúng truyền theo một đường thẳng, là dạng sóng điện từ nên có thể
bị
phản xạ, khúc xạ, nhiễu
xạ.

Chúng có thể xuyên qua những vật liệu mà ánh sáng không thể
xuyên
qua
được. Độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ, mật
độ,
chiều
dày của vật
liệu


Chúng tác động lên lớp nhũ tương
phim
.
Ngô Tiến Mạnh 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
1.3.4 Tương tác của bức xạ tia X và gamma 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. Bốn loại tương tác chính đóng vai trò quan trọng đối với chụp
ảnh bức xạ. Đó là:

Hấp thụ quang điện

Tán xạ Compton

Hấp thụ tạo cặp
Cả ba quá trình trên đều dẫn tới sự chuyển giao một phần hoặc toàn bộ năng
lượng của photon tới cho electron nguyên tử. Sau tương tác, photon hoặc biến mất
hoàn toàn hoặc bị tán xạ và rời ra khỏi nhóm
1.4 Phim và các đặc trưng của phim [1]
1.4.1 Cấu tạo của phim chụp ảnh bức xạ
Hình 1.3: Cấu tạo phim ảnh
1 – lớp nền 3 – lớp bảo vệ
2 – lớp nhũ tương 4 – lớp kết dính
Phim là một công cụ thường được dùng để thu và ghi nhận bức xạ tia X hoặc
gamma khi chụp ảnh. Ghi nhận bằng phim có kết quả cố định và lưu giữ được

lâu dài. Phim chụp ảnh thường gồm các lớp sau:

Lớp nền nằm ở giữa gọi là nền phim, dẻo, dễ uốn, trong suốt bằng chất
cellulose sạch hoặc chất tương tự
Ngô Tiến Mạnh 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011

Lớp glatin là một hỗn hợp chất glatine và chất kết dính, để đảm bảo lớp
nhũ tương mỏng dính chặt vào lớp nền trong quá trình xử lý tráng rửa phim

Lớp nhũ tương bao gồm một số lượng lớn các hạt bromua bạc nhỏ li ti
(muối bạc halogen) dày khoảng 0.025 mm được phủ lên môi trường nền là lớp
glatin. Muối bạc halogen được phân bố đều trong lớp nhũ tương dưới dạng tinh
thể rất mịn và cấu trúc vật lý của nó sẽ bị biến đổi với các quá trình chiếu xạ,
như bức xạ tia X, tia gamma hoặc ánh sáng nhìn thấy. Lớp nhũ tương là lớp
quan trong nhất của phim do nó nhạy với bức xạ tia X, tia gamma, ánh sáng,
nhiệt độ, áp suất và một số chất hóa học khác

Lớp phủ (bảo vệ) ngoài cùng của phim là một lớp mỏng glatin sạch được
làm cứng để bảo vệ cho lớp nhũ tương nằm bên dưới khỏi bị xước (hư hỏng)
trong quá trình cầm nắm bình thường.
1.4.2 Các đặc trưng của phim chụp ảnh bức xạ
Việc lựa chọn phim dựa vào các yêu cầu cụ thể nhằm kết hợp một
các
h có
hiệu quả giữa phương pháp chụp với loại phim để nhận được kết quả
m
ong
m
u

ố
n.
Mỗi loại phim được thiết kế để đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật nhất
định và chúng được chỉ định bởi các tình huống kiểm tra như : (a) mẫu vật kiểm
tra, (b) loại bức xạ được sử dụng, (c) năng lượng của bức xạ, ( d) cường độ của
bức xạ và (e) mức độ kiểm tra yêu cầu
Những hệ số phim phải xét đến khi lựa chọn phim đó là : Tốc độ,
độ
tương
phản, kích thước và độ hạt. Cả bốn hệ số này có liên quan chặt chẽ v
ới
nhau,
mỗi hệ số là một hàm của ba hệ số còn
lại
.
Ngô Tiến Mạnh 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Bảng 1.1 : Phân loại phim chụp ảnh bức xạ
Các đặc trưng của phim Tốc độ Cấu trúc
hạt
Độ
tương
phản
LOẠI I:
Dùng cho quá trình kiểm tra với điện thế
cao và các kim loại nhẹ cùng với hợp kim
của nó
Rất
chậm
Cực kỳ

mịn
Cao
LOẠI II:
Dùng kiểm tra các vật liệu kim loại nhẹ ở
dải điện thế thấp và các chi tiết thép nặng
hơn ở điện thế 1000 và 2000 kV
Chậm Mịn Cao
LOẠI III:
Khi sử dụng nguồn tia X hoặc gamma có
khả năng cho tốc độ cao, nhưng màn tăng
cường có thể hoặc không phải là chì
Trung
bình
Trung
bình
Trung
bình
LOẠI IV:
Có khả năng cho tốc độ, độ tương phản cao
khi sử dụng với màn tăng cường huỳnh
quang, và thấp hơn khi được sử dụng trực
tiếp hoặc cùng với màn tăng cường bằng chì
Nhanh Trung
bình
Trung
bình
Ví dụ : Những loại phim có kích thước hạt lớn thì tốc độ cao hơn so với
phim có kích thước hạt mịn hơn. Những loại phim có độ tương phản
ca
o

thường có kích thước hạt mịn hơn và có tốc độ chậm hơn với những
l
o
ại
phim có độ tương phản thấp. Độ hạt có ảnh hưởng tới độ xác định chi
tiết
Ngô Tiến Mạnh 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
hình ảnh. Đối với các loại phim có cùng độ tương phản thì phim có k
íc
h
thước hạt nhỏ hơn sẽ có khả năng phân giải chi tiết hơn loại phim có k
íc
h
thước hạt lớn h
ơ
n.
Chú ý rằng, mỗi loại bức xạ cần những loại nhũ tương khác nhau. B
ả
ng 1.1
đưa ra các loại phim dùng cho tia X và gamma với tốc độ và độ
tươ
ng phản
tương đối chỉ áp dụng cho phép chụp trực tiếp hoặc có màn
c
h
ì
.
1.4.2.1 Độ
đen

Về định tính, độ đen là mức độ làm đen một ảnh chụp bức xạ sau kh
i
xử lý
tráng rửa phim. Độ đen của ảnh chụp bức xạ càng lớn khi ảnh chụp b
ức
xạ
càng
đe
n.
Về định lượng, độ đen được định nghĩa theo biểu
t
h
ức:
Độ đen: D = log
10
(1.4)
Trong đó :
I
0

: Là cường độ bức xạ tới trên ph
im
.
I
t
: Là cường độ sau khi truyền qua ph
im
.
I
0

/I
t
: Là độ chắn sáng của ph
im
. I
t
/I
0

: Là độ truyền qua của ph
im
.
Biểu thức trên cũng cho thấy rõ mối quan hệ giữa độ chắn sáng ho
ặc
độ truyền qua và độ đen của ph
im
.
Độ đen của ảnh chụp bức xạ có thể đo được bằng cách so sánh với
một
tấm
phim chuẩn (thang đo độ đen) hoặc dùng thiết bị gọi là máy đo độ
đe
n.
Dùng thang đo độ đen kiểm tra thì chính xác nhưng không được cao, và
c
ó khả năng gây sai số ảnh hưởng đến kết quả nhận được vì ta dùng bằng mắt
để
so sánh hai ph
im
.

Ví dụ : Đối với một tấm ảnh bức xạ kích thước lớn, có vùng kiểm
t
r
a
nằm
Ngô Tiến Mạnh 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
ở giữa, ta không thể đặt tấm phim chuẩn sát vùng đó được, nó sẽ
c
h
ồ
ng lên
những vùng khác trong tấm ảnh, làm phim bị dính lại, vì vậy kết quả so sánh
không chính xác. Tuy nhiên, sử dụng tấm phim chuẩn trong trường h
ợ
p không
thể dùng máy đo độ
đe
n.
Hình 1.4: Hình ảnh về máy đo độ
đen
(1), (4a), (4b) : Máy đo độ đen, (2): Đồng hồ đo thời gian, ( 3):
Đè
n soi
ph
im
.
1.4.2.2 Đường cong đặc
tr
ư

ng
Đường cong đặc trưng còn gọi là đường cong độ nhạy, để thể hiện
mối
tương quan giữa liều chiếu và độ đen của phim sau khi xử lý tráng rửa.
Ta
chiếu một số liều chiếu cụ thể lên phim, xác định giá trị độ đen của nó, rồi v
ẽ
đường cong độ đen theo thang logarit của liều chiếu tương đối. Dùng
liề
u
chiếu tương đối để phù hợp với các dải điện thế và các điều kiện tán xạ.
Đặc
điểm của đường cong đặc trưng không xuất phát từ giá trị 0, do khi không b
ị

chiếu thì phim đã có một giá trị độ đen nào đó nếu xử lý tráng rửa.
Đườ
ng
cong có một khoảng gần như đường thẳng. Độ đen tăng theo liều chiếu,
đế
n
một giới hạn nào đó, liều chiếu vẫn tiếp tục tăng, còn độ đen lại giảm d
ầ
n,
Ngô Tiến Mạnh 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
vùng này gọi là vùng vai (vùng trên cùng). Đối với loại phim trực tiếp
t
h
ì

vùng này xuất hiện ở độ đen khoảng 10 hoặc lớn hơn, đối với loại phim dùng
màn tăng cường thì vùng này xuất hiện ở độ đen nằm trong khoảng 2 – 3.
Hình 1.5a: Đường cong đặc trưng điển hình của một phim tia X, loại trực
tiếp
Hình 1.5b: Đường cong đặc trưng điển hình của một phim tia X, màn tăng
cường bằng muối
1.4.2.3 Độ
m
ờ
Khi phim không bị chiếu vẫn có một độ đen nào đó sau khi xử lý
t
r
á
ng rửa
phim được gọi là độ mờ. Nó gây bởi hai nguyên nhân : Độ đen có s
ẵ
n trong
lớp nền của phim vì lớp nền của phim không trong suất hoàn toàn, v
à
độ mờ
hóa học do một số hạt có khả năng tự hiện ảnh ngay cả khi không b
ị
chiếu. Độ
mờ của phim biến đổi theo loại và tuổi của phim chụp ảnh bức x
ạ
. Các giá trị
độ mờ nằm trong khoảng từ 0.2 đến 0.3.
1.4.2.4 Tốc độ
phim
Là nghịch đảo của liều chiếu toàn phần tính bằng roenghen, của

một
phổ
bức xạ đặc trưng mà có thể tạo ra một độ đen cho trước trên phim. Tốc
độ
phim
Ngô Tiến Mạnh 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
trong một điều kiện bình thường phụ thuộc vào kích thước hạt và n
ă
ng lượng
bức xạ. Nhìn chung, phim có kích thước hạt càng lớn thì có tốc độ
cà
ng cao.
Tốc độ phim giảm xuống khi năng lượng bức xạ tăng lên. Phim có tốc độ cao
là phim mà các hạt của nó bắt đầu tham gia vào phản ứng khi bị
c
h
iế
u xạ sớm
hơn những phim khác. Sự thực là sự chiếu xạ có tác dụng theo
t
h
ời
gian và
cường độ. Đối với cường độ không đổi, các hạt của phim có
tốc độ
cao sẽ cho
ra mật độ yêu cầu sớm hơn phim có tốc độ thấp. Và nữa, phim
c
ó tốc độ nhanh

hơn thì có số hạt nhũ lớn hơn và do vậy nó không thể sản ra
các
chi tiết nhỏ.
Kích thước hạt của phim ảnh hưởng đến chất lượng và thời g
ia
n chiếu. phim có
các hạt cực mịn hoặc mịn cho chất lượng tốt hơn và cần
t
h
ời
gian chiếu dài h
ơ
n
Hình 1.6a: Các đường cong đặc trưng của ba loại phim tiêu biểu, dùng
trong
công
nghiệp.
Hình 1.6b: Đường cong đặc trưng điển hình cho phim tia X loại trực
tiếp
Trong (hình 2.5. ) biểu diễn đường cong đặc trưng cho những loại ph
im
chụp
ảnh bức xạ khác nhau, nằm cách nhau theo trục LgX. Khoảng cách
của
những
đường cong này chỉ ra sự khác biệt về tốc độ tương đối – đường
c
ong của các
loại phim có tốc độ nhanh hơn nằm về phía bên trái. Từ những
đườ

ng cong này
Ngô Tiến Mạnh 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
sẽ cho ra giá trị độ đen cố định có thể đọc
được
.
1.4.2.5 Độ tương
ph
ả
n
Độ tương phản của ảnh chụp là sự khác biệt về độ đen giữa hai vùng k
ế
cận
nhau trên một ảnh chụp bức x
ạ
.
Trong Hình 1.7 A là sự khác nhau độ đen trên ảnh của một lỗ rỗng s
a
u khi
chiếu chụp trong thời gian ngắn. B là sự khác nhau độ đen trên ảnh
của
một
lỗ rỗng sau khi chiếu chụp trong thời gian d
ài
.
Hình 1.7: Độ tương phản
Qua Hình 1.7 ta thấy thực hiện hai lần chiếu trên cùng một mẫu vật, nh
ư
ng
thời gian chiếu trên phim A ít hơn phim B, nên độ đen của phim B lớn h

ơ
n
phim A, do đó ảnh chụp bức xạ trên phim B có độ tương phản lớn hơn
ả
nh
chụp bức xạ trên phim A.
Ngô Tiến Mạnh 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
Vậy khi chụp ảnh bức xạ nên chọn các giá trị độ đen nằm trên ph
ầ
n đường
thẳng tuyến tính của đường cong đặc trưng, vì độ tương phản
của
phim
tăng khi độ đen tăng dần theo phần đường thẳng tuyến tính
đ
ó.
1.4.2.6 Độ
nét
Độ nét của hình ảnh ghi nhận được trên phim sẽ phụ thuộc vào k
íc
h thước và
sự liên kết của các hạt bạc được thể hiện trong lớp nhũ tương.
Các
hạt nhỏ
mịn thì độ nét trên phim ảnh được thể hiện rõ ràng h
ơ
n.
Khi một hình ảnh được tạo ra bởi ánh sáng và các dạng bức xạ khác như tia
gamma hay tia X, các tính chất của hai loại bức xạ sau cùng là đặc trưng khác

biệt và do đó lớp nhũ tương của phim sử dụng với các loại bức xạ này khác hẳn
với lớp nhũ tương của phim được sử dụng với các loại bức xạ khác trong chụp
ảnh bức xạ. Tất cả các loại phim chụp ảnh bức xạ có thể được phân nhóm dựa
trên bốn hệ số đã được trình bày ở trên.
1.4.3 Nguyên lý tạo ảnh trên phim
Khi tia X hoặc gamma chiếu đến phim sẽ làm thay đổi độ đen của phim, nên
độ đen của phim phụ thuộc vào số lượng, chất lượng của chúng
Khi bức xạ đi đến tương tác với nhũ tương chụp ảnh của phim sẽ tạo ra một
ảnh ảo. Quá trình này xảy ra theo các bước sau:

Lớp nhũ tương của phim chứa những tinh thể bạc bromua nhỏ li ti. Dưới
tương tác của tia X hoặc gamma có năng lượng hv thì giải phóng một electron
của một ion âm bromua (Br
-
) để trở về trạng thái trung hòa
Br
-
+ hv → Br + e
-
(1.5)

Electron được giải phóng trung hòa ion dương bạc ( Ag
+
) để trở thành
nguyên tử Ag bằng phản ứng:
Ag
+
+ e
-
→ Ag (1.6)


Kết quả cuối cùng được thể hiện
Ag
+
+ Br
-
→ Ag + Br (1.7)
Ngô Tiến Mạnh 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011

Các nguyên tử bromua trung hòa sẽ kết hợp lại với nhau để hình thành
nên các hạt Br và thoát ra ngoài tinh thể bạc bromua (AgBr), còn lại là những
nguyên tử Ag tự do sẽ lắng xuống. Sau khi xử lý tráng rửa phim thì ảnh ẩn nhìn
thấy được và trở thành ảnh thật
1.4.4 Màn tăng cường
Khi bức xạ tia X tác động lên phim thì ảnh chụp phụ thuộc vào độ
lớ
n của
năng lượng bức xạ bị hấp thụ bởi lớp nhũ tương nhạy sáng trên phim. Qu
á
trình
này chỉ cần khoảng 1% lượng bức xạ xuyên qua vật kiểm tra để tạo
ả
nh. Còn
lại 99% lượng bức xạ sẽ xuyên qua phim mà không dùng để làm gì
cả
. Để
tránh sự lãng phí này thì phim phải được kẹp giữa hai màn tăng
cườ
ng. Những

màn tăng cường này có chức năng là phát ra các chùm electron (
mà
n tăng
cường bằng chì) hoặc phát huỳnh quang (màn tăng cường huỳnh qu
a
ng), sẽ tạo
ra một quá trình chụp ảnh phụ tác động lên các lớp nhũ tương
của
phim.
Để nhận được những hình ảnh rõ nét thì phim và màn tăng cường
cầ
n phải có
sự tiếp xúc tốt. Có ba loại màn tăng cường chính được sử dụng ph
ổ
biến :
Màn tăng cường bằng lá chì, màn tăng cường bằng muối hoặc hu
ỳ
nh quang,
màn tăng cường bằng kim loại huỳnh qu
a
ng.
1.5 Tính toán các thông số chiếu
1.5.1 Tính toán các thông số chiếu chụp
 Bố trí hình học trong ảnh chụp bức xạ:
S(d) – nguồn bức xạ có kích thước hiệu dụng là d.
f – khoảng cách từ nguồn đến mẫu kiểm tra.
t - bề dày của mẫu kiểm tra
Ngô Tiến Mạnh 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
A, B – các điểm đánh dấu khoảng chụp.

IQI vật chỉ thị hình ảnh.
f




Hình 1.8: Bố trí hình học trong chụp ảnh bức xạ
1.5.2 Xác định khoảng cách chụp nhỏ nhất (SFD
min
)
Dựa vào công thức tính độ nhòe hình học (Ug)
(1.8)
Trong đó: S – kích thước hiệu dụng của nguồn chụp.
d – khoảng cách từ mẫu đến phim.
U
g
– độ nhòe hình học (U
g
= 0,5mm)
Khoảng cách nhỏ nhất từ nguồn đến phim (SFD) được tính theo độ nhòe
hình học U ≤ 0,5mm, đó là giới hạn mà mắt người không phân giải được hai
Ngô Tiến Mạnh 23
A
BIQI
Mẫu
Phim
Nguôn tia X
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
điểm khác nhau. Khoảng cách nhỏ nhất từ nguồn đến phim được xác định theo
công thức:

SFD
min
(1.9)
Nếu khoảng cách từ phim đến mẫu chụp chưa biết thì có thể lấy bằng một nửa
bề dày của mẫu chụp d=T/2.
SFD
min
= (S+0,5)T (1.10)
Thông thường để giảm độ nhòe hình học thì ta thường chụp với khoảng cách
xa hơn so khoảng cách SFD
min
tính được.
1.5.3 Thời gian chụp:
Thời gian chụp là một đại lượng cần quan tâm và khống chế chặt chẽ vì nó
ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng phim chụp. Nếu thời tian chụp quá lâu thì
phim sẽ bị đen, thời gian quá ngắn thì phim chưa đủ độ tương phản để quan sát.
Đối với máy chụp tia X thời gian chiếu được xác định là:
t = D/I (1.11)
Trong đó:
Ngô Tiến Mạnh 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2011
t – thời gian chiếu ( s)
D – liều chiếu ( R )
I – dòng phóng của ống phát tia X (mA)
1.6 Độ nhạy của ảnh chụp bức xạ
1.6.1 Độ nhạy phát hiện khuyết tật
Một cách định lượng thì độ nhạy của quá trình phát hiện khuyết tật S
f
có thể
được xác định qua công thức:

S
f
= x 100 (1.12)
1.6.2 Độ nhạy của ảnh chụp bức xạ
Độ nhạy của một ảnh chụp bức xạ là một chỉ thị gián tiếp chỉ khả năng phát
hiện ra các khuyết tật của nó hoặc sự thay đổi bề dày trong mẫu vật được kiểm
tra. Do đó, nó đo được chất lượng ảnh chụp bức xạ. Độ nhạy được biễu diễn
bằng tổng số lượng về các biến đổi nhỏ nhất có thể phát hiện trong mẫu, theo tỷ
lệ phần trăm của bề dày tổng cộng:
1.7 Vật chỉ thị chất lượng ảnh (IQI)
Độ nhạy của ảnh chụp bức xạ thường được đo dưới dạng một số chuẩn nhân
tạo mà không cần phải thật giống với một khuyết tật nằm bên trong mẫu vật. Vì
vậy có hai phương pháp được sử dụng phổ biến là:

Xác định độ nhạy về mặt khả năng phát hiện được một dây bằng vật liệu
giống như vật liệu của mẫu kiểm tra, khi dây được đặt trên bề mặt mẫu cách xa
phim. Đường kính của dây nhỏ nhất có thể phát hiện được, xem như là độ nhạy
đánh giá. Những dụng cụ này là những bộ dây có đường kính khác nhau
Bảng 1.2: Đường kính của các dây trong bộ IQI loại dây [1]
Ngô Tiến Mạnh 25