CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ DÙNG TRONG CHỤP ẢNH BỨC XẠ

TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

CHƯƠNG 3
THIẾT BỊ DÙNG TRONG CHỤP ẢNH BỨC XẠ
3.1. THIẾT BỊ PHÁT BỨC XẠ TIA X.
Để tạo ra bức xạ tia X cần phải thoả mãn ba yêu cầu cơ bản sau: phải có một nguồn phát electron
(dây tóc được đốt nóng), định hướng và gia tốc các electron (tạo một điện áp cao), và một bia để
electron va đập vào (một loại kim loại nặng). Những yêu cầu này phải có trong một ống phát bức
xạ tia X, bao gồm một ống bằng thủy tinh trong đó đặt hai điện cực: cathode và anode. Cathode
có chức năng như là một nguồn phát electron. Đầu tiên các electron được gia tốc bởi một điện áp
cao đặt vào cathode và anode và sau đó bị hãm đột ngột bởi một bia rắn được đặt tại anode. Các
electron di chuyển với vận tốc cao bị hãm đột ngột sẽ tạo ra bức xạ tia X. Hình 3.1. Biểu diễn sơ
đồ của một ống phát bức xạ tia X điển hình.
Bia làm bằng Tungsten
Anode làm bằng đồng
Vỏ bọc bằng thủy tinh

Sợi dây đốt nóng
Cathode

Dây dẫn điện đến sợi dây đốt nóng

Chùm
bức xạ tia
X hữu ích

Hình 3.1. Một ống phát bức xạ tia X điển hình.
3.1.1. Nguồn phát electron :
Khi nung nóng một vật liệu thích hợp, một số electron trong vật liệu trở nên linh động và bứt ra

khỏi vật liệu như các electron tự do. Những electron tự do này sẽ bao quanh vật liệu như một đám
mây electron. Trong ống phát bức xạ tia X thì nguồn phát electron được gọi là cathode. Cathode
bao gồm một cuộn dây dẫn (dây đốt nóng/dây tóc.) có chức năng phát ra electron. Khi áp một
điện thế chạy qua sợi dây đốt nóng sẽ sinh ra một dòng điện đốt nóng nó đến dải nhiệt độ phát ra
electron. Sợi dây đốt nóng được nung nóng với một dòng điện AC có cường độ dòng điện nằm
trong khoảng từ 1 đến 5 ampere ở một hiệu điện thế nằm trong khoảng từ 4 đến 12 volt. Dòng
điện trong ống phát bức xạ tia X chạy qua giữa cathode và anode gần bằng 0.1% dòng điện nung
nóng hoặc dòng điện chạy trong sợi dây đốt nóng. Dòng điện trong ống phát bức xạ tia X được
đặt ở đơn vị milliampere và có thể đo được trực tiếp. Dây đốt nóng được đặt trong một cốc hội tụ
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

91

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

thường được chế tạo bằng sắt nguyên chất và nickel. Cốc hội tụ này có chức năng như là một
thấu kính tĩnh điện và điều chỉnh hình dạng của chùm electron.
3.1.2. Quá trình gia tốc electron:
Các electron được phát ra ở cathode của một ống phát bức xạ tia X mang điện tích âm. Theo các
định luật cơ bản về tính chất của dòng điện thì chúng bị đẩy bởi các vật mang điện tích âm và bị
hút bởi các vật mang điện tích dương. Bằng cách đặt vào anode của ống phát bức xạ tia X một
điện tích dương và ở cathode một điện tích âm, các electron tự do chạy từ cathode đến anode.
Cấu tạo ống phóng tia X sao cho hội tụ dòng electron đi đến anode, nó được chuẩn trực và sau đó
đi đến đập vào bia. Để tạo ra bức xạ cần thiết dùng cho chụp ảnh bức xạ trong công nghiệp thì
điện thế dùng để gia tốc các electron phải nằm trong khoảng từ 30KV đến 30MV. Các ống phát

bức xạ tia X thường sử dụng điện thế gia tốc các electron lên đến 420KV trong khi đó những giá
trị điện thế gia tốc các electron lớn hơn được sử dụng cho các máy gia tốc tuyến tính. Năng lượng
của các electron nhận được tương đương với dải điện thế này.
3.1.3. Bia:
Bức xạ tia X được phát ra khi các electron di chuyển với một vận tốc cao va đập vào bất kỳ một
dạng vật chất nào đó có thể là dạng rắn, lỏng hoặc khí. Vật liệu dùng để làm bia trong các ống
phát bức xạ tia X cần phải có những tính chất cần thiết sau: nguyên tử số cao, điểm nóng chảy
cao, độ dẫn nhiệt cao. Nguyên tử số cao để cho năng suất chuyển đổi năng lượng electron thành
bức xạ tia X tốt nhất. Điểm nóng chảy cao cho phép dòng điện chạy qua ống cao cho một tiêu
điểm phát bức xạ có kích thước nhất định nhờ vậy cho được hiệu suất phát bức xạ tia X lớn
(chẳng hạn như cường độ bức xạ). Độ dẫn nhiệt cao làm giảm được lượng bốc hơi của kim loại
làm bia, do đó làm tăng được tuổi thọ của ống phát bức xạ tia X. Tungsten là kim loại duy nhất
có tất cả các tính chất trên vì vậy vật liệu làm bia trong các ống phát bức xạ tia X thường được
chế tạo bằng tungsten. Bia được gắn với một cái cốc được làm bằng đồng có chức năng như là
một anode.
Việc giải nhiệt phát ra do sự va đập của các electron là một trong những vấn đề chính cần được
xem xét trong việc thiết kế một ống phát bức xạ tia X. Quá trình làm nguội cần thiết được thực
hiện bằng cách làm lưu thông chất lỏng như là nước hoặc dầu chạy qua ống. Bia đặt trong ống
thường được đúc với một tấm lót bằng đồng trong môi trường chân không để cho quá trình tiếp
xúc nhiệt và để giải phóng nhiệt. Mối nối giữa đồng và tungsten phải tốt. Anode thường là rỗng
để cho phép chất lỏng làm nguội lưu thông tuần hoàn. Phần lớn các ống phát bức xạ tia X hiện
đại thì anode được đặt vào một cái mũ. Cái mũ này là một khối kim loại trùm lên anode có một
khe hở để cho phép chùm electron đi đến bia và sau đó thoát ra khỏi bia nếu mũ này nhận một
nhiệt độ quá nóng và giới hạn bức xạ tia X phát ra phía ngoài chùm bức xạ hiệu dụng bằng quá
trình hấp thụ. Phần bia ở anode mà trên đó để chùm electron va đập vào được gọi là tiêu điểm
phát bức xạ của ống phát bức xạ tia X.
Để nhận được các ảnh bóng sắc nét, theo lý thuyết thì tiêu điểm phát bức xạ phải có kích thước
càng nhỏ càng tốt. Nhưng trong thực tế nếu chế tạo một tiêu điểm phát bức xạ có kích thước nhỏ,
chẳng hạn 1 × 1mm thì tuổi thọ của ống sẽ bị giảm xuống do sự bốc hơi của vật liệu làm bia. Nếu
diện tích của tiêu điểm phát bức xạ được mở rộng đến 3 × 1mm, tuổi thọ của ống có thể tăng lên

khoảng ba lần, nhưng nó không cho được độ sắc nét của ảnh bóng. Để làm được điều này một
cách lý tưởng, bia thường được đặt nghiêng với một góc 71 0 so với hướng truyền của chùm
electron. Kết quả là làm giảm được kích thước hiệu dụng của tiêu điểm phát bức xạ mà không
cần làm giảm kích thước thực tế của tiêu điểm phát bức xạ. Tiêu điểm phát bức xạ được làm giảm
xuống này được gọi là tiêu điểm quang học.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

92

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

710
Chùm electron

Hình 3.2. Kích thước tiêu điểm phát bức xạ hiệu dụng so với tiêu điểm phát bức xạ thực tế.
Nếu kích thước thực tế của tiêu điểm phát bức xạ là 3mm × 1mm cùng với một góc nghiêng là
710, như trong hình 3.2 thì kích thước hiệu dụng của tiêu điểm phát bức xạ là :
3 × Cos710 × 1mm = 0.98 × 1mm ≈ 1mm × 1mm
Do đó trong hầu hết các ống phát bức xạ tia X dùng trong công nghiệp có các tấm bia thường
được đặt nghiêng.
Các ống được thiết kế với các tấm bia xoay cũng đã được chế tạo. Các tấm bia xoay sẽ làm cho
tuổi thọ của ống phát bức xạ tia X dài hơn, nhưng các ống phát bức xạ tia X như vậy không được
sử dụng trong chụp ảnh bức xạ công nghiệp do nó có dòng điện chạy qua ống thấp.
3.1.4. Vỏ ống:
Vỏ ống gồm có một vỏ được làm bằng thủy tinh trong đó có gắn hai điện cực: cathode và anode.

Phần dây đốt nóng của cathode có chức năng như là một nguồn electron tự do và anode là bia mà
trên đó có dòng electron va đập vào. Vỏ ống được chế tạo bằng thủy tinh loại borosilicate có
điểm nóng chảy cao do nhiệt phát ra ở anode cực kỳ nóng. Vỏ ống cũng phải đủ bền để chịu được
một áp lực của chân không bên trong cao. Bên trong vỏ ống được đặt một áp suất chân không 10 6
mmHg.
Trong ống phát bức xạ tia X cần có một môi trường chân không cao để ngăn cản quá trình oxy
hoá các vật liệu làm điện cực, để cho phép sẳn sàng truyền chùm electron không gây ra quá trình
ion hoá không khí ở trong ống và để cách điện giữa các điện cực.
3.1.5 Đầu chiếu:
Toàn bộ ống phát bức xạ tia X được đặt trong một vỏ bọc bằng kim loại được lót với một lớp chì
đủ để giới hạn chùm bức xạ đi đến cổng phát. Đầu chiếu thường chứa ống phát bức xạ tia X, bộ
biến đổi cao thế và bộ biến thế cho sợi dây đốt nóng và được cách điện bằng dầu hoặc khí. Ngoài
ra, vỏ kim loại được nối đất để loại trừ khả năng gây nguy hiểm bởi dòng điện do việc sử dụng
điện thế cao.
3.1.6. Cửa sổ ống:
Chùm bức xạ tia X phát ra từ ống qua một cổng hoặc cửa sổ. Góc khối của chùm bức xạ hình nón
thường là 400 – 500. Cửa sổ thường được chế tạo bằng một vật liệu hấp thụ bức xạ thấp như là các
kim loại nhẹ có nguyên tử số thấp (chẳng hạn như là beryllium). Ngay bên dưới cửa sổ trong
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

93

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

vùng chùm tia hiệu dụng là một màn chắn, quá trình mở màn che chắn cho phép thay đổi được

kích thước hiệu dụng của chùm tia. Trong hầu hết nhiều máy phát bức xạ tia X, một bộ lọc được
làm bằng đồng có thể được gắn chặt vào màn chắn. Bộ lọc bằng đồng này che chắn một phần bức
xạ tia X phát ra có năng lượng thấp, để tạo ra chùm tia hiệu dụng truyền qua mẫu vật kiểm tra có
năng lượng gần như đồng đều hơn.
3.1.7. Chu kỳ hoạt động:
Chu kỳ hoạt động thường được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm của quá trình thực hiện chiếu chụp
đối với tổng thời gian làm việc. Ví dụ như chu kỳ hoạt động 100% có nghĩa là ống phát bức xạ tia
X có thể hoạt động liên tục; chu kỳ hoạt động 50% có nghĩa là ta cần phải cho ống phát bức xạ
ngưng hoạt động một thời gian bằng thời gian chiếu sau mỗi lần chiếu và cứ như thế. Tuổi thọ
trung bình của một ống phát bức xạ tia X hoạt động trong một điều kiện bình thường có thể từ vài
trăm lên đến một ngàn giờ. Một yếu tố chính liên quan đến tuổi thọ của ống phát bức xạ tia X là
hiệu quả của quá trình làm nguội. Nếu ống hoạt động quá tải thì tuổi thọ của nó xem như bị làm
ngắn lại, còn tuổi thọ của nó dài ra nếu ống hoạt động trong một điều kiện bình thường. Cũng
tuổi thọ của ống phát bức xạ tia X có thể làm tăng lên bằng cách làm nóng trước và điều chỉnh
quá trình hoạt động của nó trong mỗi lần bắt đầu cho nó hoạt động trở lại sau một thời gian
không dùng đến.
3.1.8. Các thiết bị điện và mạch điện:

H.T
R.V

Mạch điện Kearsley
Hình 3.3. Mạch tự chỉnh lưu.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

94

CHƯƠNG 3

TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

H.T

R.V

Ống phát
bức xạ tia
X

Điện thế của ống
Cường độ dòng điện
Điện thế khử

Quá trình chỉnh lưu nửa chu kỳ - mạch điện và dạng sóng
Hình 3.4. Mạch điện valve đơn.
Trong một ống phát bức xạ tia X còn có thiết bị điện khác bao gồm :
(a)
(b)
(c)
(d)

Một bộ biến đổi cao thế để cung cấp cao thế cần thiết.
Dụng cụ để điều chỉnh cao thế được áp vào giữa cathode và anode (chẳng hạn như núm
điều chỉnh KV).
Dụng cụ để điều chỉnh cường độ dòng điện chạy qua dây đốt nóng (chẳng hạn như núm
điều chỉnh mA).

Hệ thống ngắt tự động để bảo vệ cho thiết bị khỏi hư hỏng do nhiệt quá nóng, điện thế
quá cao, cường độ dòng điện quá cao.v.v…

Trong một máy phát bức xạ tia X xách tay thì thường sử dụng một mạch tự chỉnh lưu (hình 3.3).
Trong mạch này bức xạ tia X chỉ được phát ra trong một nửa chu kỳ của điện áp.
Thông thường không có dòng điện nào đi từ anode của một ống phát bức xạ tia X đến cathode;
nửa chu kỳ âm của dòng điện xoay chiều không đi qua ống mà chỉ có nửa chu kỳ dương được sử
dụng. Đối với mạch này thì cường độ dòng điện chạy qua ống phải được giữ thấp, vì nếu anode
trở nên quá nóng thì nó sẽ phát ra các electron theo hướng ngược lại (tương tác ngược trở lại) vì
vậy sẽ gây ra sự hư hỏng dây đốt nóng của cathode.
Trong một mạch đèn điện tử, hình 3.4. không xảy ra nguy cơ tương tác ngược và vì thế ống có
thể chịu được một công suất tải lớn hơn. Hình 3.5. biểu diễn một sơ đồ mạch cho một mạch điện
Villard. Khi dòng điện chạy theo hướng được chỉ bởi các đường mũi tên có nét đứt, điện tích
được nạp vào hai tụ điện. Khi dòng điện chạy theo hướng ngược lại thì nó sẽ chạy qua ống phát
bức xạ tia X và được bổ sung thêm bởi quá trình phóng điện ra khỏi tụ điện.
Một dạng mạch khác cũng được dùng cho các máy phát bức xạ tia X đó là mạch Graetz (hình
3.6). Trong cả hai chu kỳ của bộ biến thế, dòng điện chạy qua ống phát bức xạ tia X có cùng một
hướng.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

95

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

Trong mạch Greinacher (hình 3.7), tụ điện C1 được nạp điện trong một nửa chu kỳ (đường mũi

tên có nét liền) trong khi đó tụ điện C2 được nạp điện trong một nửa chu kỳ khác (đường mũi tên
có nét đứt). Ống phát bức xạ tia X được mắc song song với hai tụ điện này, mà bản thân hai tụ
điện này được mắc nối tiếp với nhau; tạo ra một điện thế gấp đôi và chỉ dao động rất nhỏ.

V
Điện thế của ống
Điện thế của bộ biến đổi điện
R.V

Dòng điện của ống
C

T1

Hình 3.5. Mạch điện thế đôi Villard và dạng sóng.

+

-

Hình 3.6. Mạch điện Graetz.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

96

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

+
C1

C2

-

Hình 3.7. Mạch điện Greinacher.
3.1.9. Bảng điều khiển :
Ở nơi có mạch điện sử dụng điện thế cao, phải có một bảng điều khiển nếu nó có thể thay đổi và
đo được điện áp cao cho một ống phát bức xạ tia X và dòng điện chạy qua ống. Biến số thứ ba
mà điều chỉnh được đó là liều chiếu. Ở dải điện thế biết trước tổng hiệu suất phát ra từ một thiết
bị biết trước tỷ lệ với lượng dòng điện chạy qua ống, đó là tổng số milliampere giây (mA.s).
Trong một số máy sử dụng dải điện thế lên đến megavoltage như là các máy linac, một buồng đo
bức xạ được đặt ngay đầu của máy nằm sát với bia mà sẽ đo được cả liều tích lũy và suất liều tức
thời và chuyển đổi những liều này thành những liều hấp thụ trên bề mặt của phim, nhưng những
thiết bị như thế là rất hiếm thấy hơn các thiết bị phát bức xạ tia X năng lượng thấp hơn. Một
phương pháp đo trực tiếp liều hấp thụ bức xạ tia X tổng cộng trên một mẫu vật hoặc phim hiếm
khi được sử dụng nhưng có thể cho được giá trị đáng kể. Nó có thể tự động bổ sung cho dải cao
thế dao động nhỏ và dòng điện chạy qua ống trong quá trình chiếu chụp.
Trong hầu hết các loại máy phát bức xạ tia X cũ hơn có các núm điều chỉnh cao thế, cường độ
dòng điện milliampere và thời gian chiếu và có thể thao tác bằng tay để lựa chọn các thông số đã
biết. Tuy nhiên, các máy phát bức xạ tia X được thiết kế hiện nay thì những núm điều chỉnh này
được điều khiển qua một bộ vi xử lý.
3.1.10. Số lượng và chất lượng của bức xạ tia X:

Cường độ

Cường độ

Phần lớn năng lượng của electron va đập được chuyển đổi thành nhiệt. Trong ống phát bức xạ tia
100KV
X sử dụng điện thế thấp có 0.1% năng lượng của chùm electron được
chuyển đổi thành bức xạ tia
X. Các ống phát bức xạ tia X sử dụng điện thế 100KV hiệu suất phát bức xạ tia X tăng lên được
khoảng 1%. Ở 2MV thì nó có thể đạt đến 10% và ở 15MV có thể lớn hơn 50%. Hiệu suất chuyển
đổi cũng phụ thuộc vào vật liệu làm bia, những vật liệu làm bia có nguyên tử số cao như tungsten
50KV
là tốt nhất.v.v… 4mA
Tóm lại, hiệu suất phát bức xạ tia X được cho bởi công thức E = K.V.Z trong đó V là điện áp, Z
là nguyên tử số của vật liệu làm bia và K là hằng số có giá trị bằng 10-7 đối với tungsten.
Số lượng hoặc cường độ của bức xạ tia X được tạo ra phụ thuộc vào số electron va đập vào bia
20KV
nghĩa là cường độ dòng
qua ống theo milliampere
2mAđiện chạy qua ống. Cường độ dòng điện chạy
có thể điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh số electron phát ra bởi sợi dây đốt nóng nghĩa là
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT
Bước sóng

97

10KV
Bước sóng

CHƯƠNG 3

TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

bằng cách điều chỉnh nhiệt phát ra bởi dòng điện chạy qua dây đốt nóng. Khi tăng cường độ dòng
điện milliampere sẽ làm tăng số electron mà có thể sử dụng để va đập vào bia. Điều này sẽ làm
tăng số lượng hoặc cường độ bức xạ tia X (hình 3.8). Khi thay đổi cường độ dòng điện
milliampere sẽ không làm thay đổi bước sóng của bức xạ tia X được phát ra.
100 KV

50 KV

4mA
Cường độ

Cường độ

20 KV

2mA

10 KV
Bước sóng

Bước sóng

Hình 3.8. Ảnh hưởng của mA và KV lên hiệu suất phát bức xạ tia X.
Chất lượng hay năng lượng của bức xạ tia X phát ra phụ thuộc vào năng lượng của chùm electron
va đập vào bia. Năng lượng của electron tương tác được điều chỉnh bởi một điện thế gia tốc tính

theo đơn vị kilovolt (KV). Khi tăng điện thế (KV) lên, kết quả sẽ phát ra bức xạ tia X mạnh hơn
(có khả năng xuyên sâu hơn) (hình 3.8).
3.1.11. Thiết bị phát bức xạ tia X hiện đại:
Nhiều quá trình phát triển đổi mới nhằm hướng tới việc sản xuất ra nhiều thiết bị phát bức xạ tia
X khác nhau.
Nhiều loại máy phát bức xạ tia X phổ biến hiện nay có sẵn trên thị trường được kết hợp với nhau
một cách chặt chẽ.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)

Làm tăng bức xạ tia X phát ra cùng với kích thước tiêu điểm phát bức xạ nhỏ.
Có khả năng phát ra bức xạ tia X có năng lượng rất thấp và rất cao cùng với việc điều
chỉnh năng lượng bức xạ tia X được phát ra.
Thiết bị gọn nhẹ có thể xách tay và di chuyển được.
Có khả năng định hướng và bao quát một phạm vi rộng bức xạ tia X phát ra.
Thiết bị vận hành được dễ dàng và an toàn.

Thiết bị phát bức xạ tia X được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau và có thể được phân loại như
sau :
i)

Thiết bị phát bức xạ tia X được định hướng :

Toàn bộ các thế hệ máy xách tay và di động có dải điện thế nằm trong khoảng từ 100KV đến
400KV có sẵn trên thị trường. Cao áp có thể thay đổi được liên tục hoặc từng bậc. Góc phát của
chùm tia thường là 400 nhưng trên thị trường cũng có các loại ống phát bức xạ tia X có các góc
phát chùm tia khác nhau. Kích thước hiệu dụng của tiêu điểm phát bức xạ thường thay đổi từ 0.5

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

98

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

× 0.5 đến 4 × 4mm. Dòng điện chạy qua ống nằm trong dải từ 5 đến 20mA phụ thuộc vào kích
thước của tiêu điểm phát bức xạ. Thông thường, độ ổn định của cao áp và cường độ dòng điện đi
ra tương ứng với 1% và 0.5%.
Các ống phát bức xạ tia X có hai tiêu điểm phát bức xạ cũng đã xuất hiện trên thị trường mà cho
tiêu điểm phát bức xạ có kích thước nhỏ sử dụng được sử dụng ở cường độ dòng điện chạy qua
ống thấp và tiêu điểm phát bức xạ có kích thước được sử dụng ở cường độ dòng điện chạy qua
ống cao. Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện chương trình điều khiển các thiết bị phát bức xạ tia
X. Điều khiển chương trình được thực hiện bằng một thẻ chương trình. Các thiết bị chiếu chụp tự
động có thể được sử dụng chung với những thiết bị này và không cần biết về bề dày mẫu vật và
vật liệu.
ii)

Các thiết bị phát bức xạ tia X toàn phương :

Các ống phát bức xạ tia X toàn phương sử dụng cao áp lên đến 300KV thường có góc phát chùm
tia là 3600 × 300. Tiêu điểm phát bức xạ có dạng hình ellip và tiêu điểm phát bức xạ có các kích
thước hiệu dụng có thể là 4 × 1, 4.8 × 1, 5 × 1.5mm.v.v… cùng với cường độ chạy qua ống lên
đến 15mA. Những ống phát bức xạ tia X này đặc biệt hữu dụng cho chụp ảnh bức xạ kiểm tra các
mối hàn vòng trong các ống có đường kính lớn. Cũng có thể tạo ra chùm tia được định hướng

bằng cách sử dụng các vòng chắn thường đi kèm với những ống phát bức xạ tia X này.
Hiện nay còn có các loại ống phát bức xạ tia X toàn phương sử dụng anode thanh. Nó có thể tạo
ra các góc định hướng chùm tia là 900, 1200, 1800 và 3600 (được định hướng vuông góc với
anode) bằng cách sử dụng một màn chắn gắn chặt với các ống phát bức xạ tia X như vậy. Kích
thước của tiêu điểm phát chùm bức xạ có đường kính là 5mm có dòng chạy qua ống là 6mA.
iii)

Các máy gia tốc tuyến tính dùng trong chụp ảnh bức xạ :

Để chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mẫu vật dày, cần phải có các bức xạ tia X có năng lượng đến
MeV. Hiện nay yêu cầu này có thể đáp ứng được với khả năng sử dụng các máy gia tốc để chụp
ảnh bức xạ. Năng lượng của bức xạ tia X có thể được thay đổi một cách dễ dàng từ 1MeV đến
2.5MeV thích hợp cho kiểm tra các mẫu vật bằng thép có bề dày nằm trong khoảng từ 2 đến
20cm. Tiêu điểm phát bức xạ có kích thước là 2.5 × 2.5mm và có thể chụp ảnh được một mẫu vật
bằng thép có bề dày 10cm trong một phút. Có thể chụp ảnh bức xạ ở các góc phát chùm tia 15 0,
300, 450 và 3600. Dòng điện tạo ra chùm electron có thể thay đổi được từ 0.01 đến 0.25mA (cho
liều hấp thụ cực đại là 170rad/phút ở tại 1m). Các máy gia tốc tuyến tính khác dùng trong chụp
ảnh bức xạ cũng được sản xuất ra có năng lượng bức xạ tia X phát ra 4MeV và 8MeV thích hợp
cho việc chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mẫu vật bằng thép có bề dày lên đến 38cm. Có thể phát ra
bức xạ tia X nằm trong các góc hình nón 150 và 400. Đường kính tiêu điểm phát bức xạ cực đại là
2mm. Thế hệ sau máy gia tốc tuyến tính được cải tiến (Linatron 2000) có thể chọn lựa được năng
lượng bức xạ tia X hoặc là 5,5MeV, 8MeV hoặc 10MeV từ núm điều chỉnh ở trên bảng điều
khiển. Bức xạ tia X phát ra có năng lượng 8MeV cho liều hấp thụ là 2000 rad trong một phút ở
tại 1 mét.
iv) Máy phát bức xạ tia X có tiêu điểm phát bức xạ cực nhỏ :
Độ nét hình học (độ xác định của ảnh chụp bức xạ trên phim) bị ảnh hưởng xấu trong các điều
kiện chụp ảnh mà không cho phép FSD lớn (khoảng cách từ nguồn đến phim) và OFD nhỏ
(khoảng cách từ mẫu vật đến phim). Điều này có thể khắc phục được một cách đáng kể bằng
cách sử dụng các ống phát bức xạ tia X có tiêu điểm phát chùm bức xạ rất nhỏ. Hãng Magnaflux
đã sản xuất ra một máy phát bức xạ tia X có tiêu điểm phát bức xạ cực nhỏ. Ống phát bức xạ tia

X làm bằng ceramic nhẹ và nhỏ cho phép tiêu điểm phát bức xạ có kích thước biến thiên từ
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

99

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

0.05mm đến 0.5mm. Chùm electron được làm hội tụ trên bia tungsten bởi sự trợ giúp của điện
cực làm hội tụ. Kích thước của tiêu điểm phát bức xạ có thể thay đổi được bằng cách làm thay
đổi điện thế dịch trên điện cực làm hội tụ. Máy phát bức xạ tia X 100KV mới này có thể hoạt
động với cường độ dòng điện cực đại là 1mA. Ống chính có thể dễ dàng di chuyển qua một khe
hở có đường kính 10cm. Thiết bị này được sử dụng để kiểm tra các mối hàn được hàn bằng chùm
electron nằm trong thân máy được đặt trong các động cơ phản lực TFE31.
v)

Các ống phát bức xạ tia X dạng xung (Flash X-ray):

Một chùm electron có cường độ rất cao được tạo ra bởi một trường phát xạ từ một cathode kim
loại có bán kính nhỏ bằng cách áp vào một xung điện thế cao trong một khoảng thời gian rất
ngắn. Chiều dài xung phải được đặt là một vài micro giây và các xung được phát ra bởi một tụ
điện, bộ chuyển đổi xung và khoảng đánh lửa áp suất cao, cùng với một mạch điện có độ tự cảm
rất thấp. Xung bức xạ tia X này va đập vào bia phát ra những xung bức xạ tia X rất ngắn nhưng
rất mạnh. Ống và máy phát bức xạ tia X đã được chế tạo cho mục đích này hoạt động ở dải điện
thế 100 – 200KV tạo ra được các xung bức xạ tia X lên đến 1R ở tại khoảng cách là1m. Thiết bị
được tạo ra có trọng lượng nhẹ và xách tay được và ống được cho có tuổi thọ là 106 xung.

Nhiều thiết bị phát bức xạ tia X dạng xung lớn hơn cũng đã được chế tạo cho các mục đích đặc
biệt như là nghiên cứu về đạn đạo học. Có một số máy hoạt động đến dải điện thế megavolt và sử
dụng ống phát bức xạ tia X “một lần chụp”. Quá trình làm tăng điện thế được thực hiện bởi
những tụ điện dùng để tích khi được mắc song song với nhau và để phóng điện thì chúng được
mắc nối tiếp với nhau. Khoảng đánh lửa được sử dụng để nối từ các tụ điện từ mắc song song
sang các tụ điện được mắc nối tiếp. Một hoặc hai trong các khoảng đánh lửa được kích phát bởi
một tín hiệu điện thế thấp và phần còn lại được nạp tải quá mức bởi những điện thế xuất hiện tức
thời chạy trong máy phát. Các tụ điện, khoảng cách đánh lửa và hệ thống nạp điện được được lắp
vào một thùng bằng thép được nối đất. Thùng thép có thể được điều áp để làm tăng khả năng
cách điện và điều chỉnh để hạ thấp điện thế cho khoảng đánh lửa được đặt cố định. Các số liệu
điển hình cho các loại máy phát bức xạ tia X này là : Phát ra một điện thế 250 – 600KV, cường
độ đỉnh của dòng điện 10000A, độ dài xung 20ns, khối lượng 300kg.
Hệ thống điện cực được sử dụng là một loại cổ điển để phát ra bức xạ tia X tức thời có tiêu điểm
rất nhỏ, gồm có một anode làm bằng tungsten có dạng hình nón và một cathode phát xung làm
bằng thép không rỉ có dạng hình nhẫn rỗng. Các ống này thường hoạt động tại một áp suất không
khí dư nhỏ hơn 10-6torr.
vi)

Betatron :

Nguyên tắc hoạt động của máy này là để gia tốc các electron theo một quỹ đạo tròn bằng cách sử
dụng một từ trường biến đổi. Các electron được gia tốc trong một buồng chân không hình vành
khăn hoặc hình xuyến mà được đặt giữa hai cực của một nam châm điện mạnh. Một dòng điện
xoay chiều được áp vào trong các cuộn dây đốt nóng của một nam châm điện và khi đó xuất hiện
từ thông đi qua giá trị 0 của nó trong một thời gian ngắn các electron sinh ra đột ngột phóng vào
ống. Khi từ thông tăng lên thì các electron được gia tốc và được định hướng chuyển động theo
quỹ đạo tròn. Từ trường có hai chức năng đó là gia tốc các electron và định hướng electron
chuyển động theo một quỹ đạo thích hợp và vì thế các electron luôn luôn chuyển động theo một
quỹ đạo ổn định. Hai yếu tố này cần được cân xứng sao cho từ trường định hướng tại quỹ đạo
tăng lên đến một tốc độ thích hợp. Quá trình gia tốc liên tục được giữ vững với điều kiện là từ

thông tăng lên cho đến khi đạt đến đỉnh của sóng, tại điểm này các electron chuyển động ra khỏi
quỹ đạo, hoặc bên trong hoặc bên ngoài đường tròn của hình xuyến trước khi va đập vào bia, sao
cho chiều dài quãng đường gia tốc rất lớn và những điều kiện chân không được yêu cầu theo các
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

100

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

kết quả rất nghiêm ngặt. Bức xạ được phát ra từ các máy gia tốc betatron theo một chuổi các
xung ngắn. Để tăng cường độ trung bình của bức xạ lên thì một số máy hoạt động ở một tần số
cao hơn tần số trung bình. Hầu như tất cả các máy gia tốc betatron được thiết kế để sử dụng trong
công nghiệp phát ra bức xạ có năng lượng nằm trong khoảng 15 đến 31MeV. Thông thường, các
máy gia tốc betatron có kích thước phát bức xạ nhỏ điển hình là khoảng 0.2mm nhưng suất liều
phát bức xạ tia X thấp. Các máy được thiết kế có dải năng lượng cao hơn để nhận được suất liều
phát cao hơn, nhưng các máy này có những nhược điểm là kích thước trường phát xạ tia X bị giới
hạn.
vii)

Microtron :

Một máy gia tốc thứ ba thay thế cho betatron và linac nhằm để phát ra các electron năng lượng
cao đó là máy gia tốc microtron. Đây là một dạng máy gia tốc các electron theo quỹ đạo tròn mà
trong đó các electron được gia tốc bởi một từ trường trong một bộ cộng hưởng sóng cực ngắn
(sóng vi ba) (bộ phát dao động điện cao tần) mà được đặt trong một từ trường đồng nhất sao cho

các vòng quỹ đạo của electron hình thành một họ vòng tròn các vòng tròn này thường có đường
tiếp tuyến theo bộ cộng hưởng. Súng electron được đặt sát với hốc đi vào của bộ cộng hưởng và
tạo ra các xung electron. Từ trường, tần số sóng cực ngắn (sóng vi ba) và năng lượng khuếch đại
trên quỹ đạo phải có mối quan hệ mật thiết với nhau sao cho các electron quay lại đến bộ cộng
hưởng theo pha để nhận được một quá trình gia tốc khác. Trong máy gia tốc Klystron hoạt động
ở năng lượng 8MeV thì đạt được một suất liều phát là 6000R/phút tại 1mét, nhưng mặc dù vậy
một số máy gia tốc microtron được chế tạo vào những năm 1960 rất ít được dùng trong công
nghiệp so với số lượng máy gia tốc linac.
3.1.12. So sánh các máy phát bức xạ tia X :
Bảng 3.1. trình bày những đặc điểm kỹ thuật của một số máy phát bức xạ tia X có mặt trên thị
trường.
Tên thiết bị

HT Cable
Light wt tank
Microtank
(Philips)
Tank type
(Andrex)
Microtank
(Philips)
Tên thiết bị

Tank type
(Baymex)
Seifert

Kv
Max.

Khối
lượng
của đầu
(Kg)

50
80
100

6
9
45

Cường
độ
dòng
điện
(mA)
30
2
5

100

47

8

1 × 1.5

20

0.5

4.0

200

45

5

3×1

2.4

3.5

10.5

Kv
Max.

Khối
lượng
của đầu
(Kg)

Tiêu điểm
phát bức

xạ tại 1m
(mm)

Suất liều
phát
(R/phút)

5×5
4×4

250

454

Cường
độ
dòng
điện
(mA)
10

300

91

5

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

Tiêu điểm

phát bức
xạ (mm)
1.5 × 1.5
1×1
3×1

101

Suất liều
phát
(R/phút)
tại 1m

Bề dày kiểm tra
cực đại (cm)
Fe

Al

10
----32

----0.3
0.4

0.5
3
3.5

Bề dày kiểm tra

cực đại
Fe

Al

20

6

17

40

7.5

22
CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

(HT Cable)
Laboratory
(HT Cable)
G.E. Resonance
Transformer
Van de - Graaf
Linatron 400
Linatron 2000A
Linatron 6000

Betatron

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

400

350

10

4×4

50

10

25

1000

1364

3

7×7

50

12

50

3000
4000
3000
15000
18000

3600
900
990
3900
2000

0.35
-----------------

2.5 × 2.5
2
2
3
0.2 × 0.2

350
500
2000
6000
100

30

30
38
46
50

---------------------

3.1.13. Phân loại và lựa chọn thiết bị phát bức xạ tia X :
Thiết bị phát bức xạ tia X thường được phân loại theo hiệu điện thế của nó. Vì năng lượng hoặc
khả năng xuyên sâu là một hàm theo hiệu điện thế, do đó điện thế là chỉ ra năng suất của thiết bị.
Theo quan điểm thực tế, quá trình phân loại thiết bị phát bức xạ tia X có thể được phân loại theo
loại dùng trong phòng thí nghiệm, loại di động, loại xách tay và loại được đóng kín. Những thiết
bị dùng trong phòng thí nghiệm có khuynh hướng được đặt trong một phòng ngăn cách với các
tường bê tông hoặc ngăn cách bằng chì lâu dài. Thường có hiệu điện thế không đổi. Thiết bị di
động được thiết kế để di chuyển bên trong hoặc giữa những công trình. Thiết bị xách tay được
thiết kế để vận chuyển đến hầu hết bất cứ vị trí nào bằng nhiều cách. Thiết bị này thường nhỏ và
có khối lượng nhẹ. Đầu chiếu chứa biến áp cao thế và ống phát bức xạ tia X. Trong đầu chiếu
người ta sử dụng dầu hoặc khí cách điện, nếu sử dụng dầu nó sẽ được bơm vào xung quanh đầu
chiếu để giải nhiệt. Trong hầu hết các máy phát bức xạ tia X đều dự trù sẵn một thiết bị làm
nguội thứ cấp bằng nước để làm nguội dầu biến áp trong đầu chiếu . Một số máy phát bức xạ tia
X có chu kỳ làm việc gián đoạn do đó không cần đến thiết bị làm nguội phụ này. Các máy phát
bức xạ tia X loại kín gồm một vỏ chì chứa ống phát tia X và kèm theo một màn huỳnh quang cho
quá trình kiểm tra bằng kỹ thuật soi ảnh trên màn huỳnh quang.
Sự lựa chọn một thiết bị phát bức xạ tia X phụ thuộc chủ yếu bởi loại công việc cần thực hiện.
Một số khía cạnh cần phải quan tâm đến khi lựa chọn thiết bị, sẽ được trình bày tóm tắt dưới đây.
Chất lượng bức xạ phát ra từ máy hoặc hiệu điện thế kV sẽ xác định được nó có thích hợp để
kiểm tra một vật liệu có một bề dày nào đó hay không. Cường độ bức xạ hoặc cường độ dòng
điện mA sẽ xác định được khoảng thời gian chiếu chụp trong bao lâu cần để kiểm tra một vật liệu
mong muốn. Kích thước tiêu điểm phát bức xạ sẽ quyết định được khả năng phát hiện được các
khuyết tật nhỏ của máy phát bức xạ tia X đối với các quá trình cần có ảnh bức xạ chất lượng tốt.

Chu kỳ làm việc và dạng làm nguội sẽ xác định được tuổi thọ và hiệu suất làm việc của máy.
Khối lượng, kích thước của máy và hình dạng của chùm tia bức xạ phát ra là các yếu tố quan
trọng khác cần được xem xét thêm. Những yếu tố này sẽ xác định được bất cứ các loại máy phát
bức xạ tia X nào thích hợp trong việc đưa vào các vị trí cần chụp ảnh bức xạ mong muốn. Độ mở
rộng của chùm tia xác định được diện tích trên mẫu vật kiểm tra được trong một lần chiếu chụp.
Giá thành của thiết bị có thể là điều quan tâm cuối cùng trong quá trình lựa chọn thiết bị.
3.2. THIẾT BỊ VÀ CÁC NGUỒN PHÁT BỨC XẠ GAMMA.
Hầu hết các nguồn đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ gamma có khả năng xuyên thấu lớn, chúng
đặc biệt rất có lợi khi thực hiện chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mẫu vật có bề dày lớn và mật độ
cao vượt ra khỏi dải mà các thiết bị phát bức xạ tia X thường thực hiện. Các nguồn phát bức xạ
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

102

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

gamma ít khi được sử dụng để kiểm tra các loại hợp kim nhẹ và thường bị giới hạn về độ nhạy.
Hầu hết các khái niệm liên quan đến các đồng vị phóng xạ như: chúng là gì, chúng được tạo ra
như thế nào, hoạt độ phóng xạ, sự phân rã phóng xạ, chu kỳ bán rã, hoạt độ riêng của các đồng vị
phóng xạ, loại bức xạ được phát ra, quá trình tương tác và sao đó là quá trình hấp thụ các bức xạ
này bởi vật chất và các tính chất chung của các loại bức xạ này. Những khái niệm này đã được
trình bày trong chương 2.
Trong chương này sẽ trình bày về các loại đồng vị phóng xạ được sử dụng trong chụp ảnh bức xạ
và chúng được sử dụng ra sao.
3.2.1. Các nguồn phát bức xạ gamma:

Các đồng vị phóng xạ được sử dụng phổ biến được liệt kê ở dưới đây theo các đặc tính của chúng
nhằm để so sánh. Dải bề dày gần đúng của các vật liệu kiểm tra được bằng chụp ảnh bức xạ, sử
dụng một loại nguồn phóng xạ nào đó cũng được cho dưới đây. Mặc dù các nguồn phát bức xạ
gamma có thể xuyên qua các mẫu vật có bề dày lớn hơn nhưng phải cần một thời gian chiếu rất
dài.
3.2.1.1. Các đồng vị phóng xạ có trong tự nhiên :
Trước khi xuất hiện các loại nguồn phóng xạ được chế tạo bằng phương pháp nhân tạo, thì
radium là loại nguồn phóng xạ tự nhiên được sử dụng phổ biến nhất để chụp ảnh bức xạ gamma.
Nó có chu kỳ bán rã rất dài : 1590 năm và có hiệu suất phát bức xạ tương đối lớn. Ngày nay nó
đã được thay thế hoàn toàn bởi các đồng vị phóng xạ nhân tạo rẽ tiền hơn nhiều và việc sử dụng
nó trong công nghiệp chỉ còn mang ý nghĩa lịch sử. Tuy nhiên, một nguồn radium chứa khoảng
200 đến 250mg một nguyên tố có dạng muối kim loại, được hàn kín trong một vỏ bọc làm bằng
bạch kim. Phát ra bức xạ ưu tiên có năng lượng là 0.6, 1.12 và 1.76MeV có khả năng chụp ảnh
bức xạ tương đương với các máy tia X hoạt động trong dải điện thế 1000 – 2000KV. Chu kỳ bán
rã là 1590 năm và nguồn này có thể sử dụng để chụp ảnh bức xạ cho các mẫu vật bằng thép dày
từ 5 đến 15cm. Một Curie của nguồn phát ra một liều chiếu 0.83 roentgen trên 1 giờ tại một mét.
3.2.1.2. Các nguồn đồng vị tạo ra bằng phương pháp nhân tạo :
Các đồng vị phóng xạ sử dụng trong chụp ảnh bức xạ là những đồng vị phóng xạ được tạo ra
bằng phương pháp nhân tạo. Một số trong những đồng vị phóng xạ này được tạo ra bằng cách
dùng neutron ở trong lò phản ứng hạt nhân kích hoạt vào nó. Hầu hết các nguồn phóng xạ gamma
được tạo ra theo phản ứng (n,γ). Phản ứng (n,γ) này chủ yếu là phản ứng neutron nhiệt.
Hạt nhân của nguyên tố bị kích hoạt sẽ bắt neutron và chất được tạo ra là một đồng vị phóng xạ
của nguyên tố ban đầu. Ví dụ :
27

Co59 + 0n1 → 27Co60 + γ

Iridium – 192, Thulium – 170 và Ytterbium – 169 cũng được tạo ra theo phương pháp này. Hoạt
độ riêng của các đồng vị phóng xạ được tạo ra bằng phương pháp kích hoạt neutron được tính
theo công thức:

(

0.6 × Φ × σ × 1 − e −0.693 t / T1 / 2
a=
3.7 × 1010 × A

Trong đó:
a
Φ

)

là hoạt độ riêng (Ci/g).
là thông lượng neutron của lò phản ứng (n/cm2).

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

103

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM


A
t
T1/2

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

là tiết diện kích hoạt (barn) (1barn = 10-24cm2).
là số khối của nguyên tố bị chiếu xạ.
là thời gian chiếu xạ.
là chu kỳ bán rã.

Caesium – 137 được chiết tách từ các sản phẩm phân hạch nhiên liệu uranium trong lò phản ứng
hạt nhân. Những đồng vị phóng xạ này được trình bày chi tiết ở dưới đây.
3.2.1.2.1. Cobalt – 60:
Cobalt là một kim loại cứng có mật độ 8.9g/cm3 và xuất hiện trong tự nhiên như là một đồng vị
bền là Cobalt – 59. Bằng phản ứng (n,γ) thì cobalt – 59 được kích hoạt thành cobalt – 60 có quá
trình phân rã bằng cách phát ra một hạt β có năng lượng 1.33MeV, theo sau đó là phát ra hai bức
xạ gamma theo thứ tự có năng lượng 1.17MeV và 1.33MeV. Chu kỳ bán rã của cobalt – 60 là 5.3
năm và suất liều phát là 1.3RHM/Ci. Cobalt có tiết diện bắt neutron năng lượng thấp cao và do
các đặc trưng hấp thụ neutron của nó và thường được chế tạo ra dưới dạng viên nhỏ hoặc dạng
đĩa mỏng hơn là theo các nguồn phóng xạ đơn lớn. Sau khi kích hoạt những nguồn dạng viên và
đĩa này chúng sẽ được sản xuất thành các nguồn phóng xạ có hoạt độ cần thiết và cũng đôi khi
dùng nickel tấm để làm vỏ bọc.
Do các nguồn cobalt – 60 phát ra bức xạ có năng lượng cao nên cần phản quan tâm đến vấn đề
che chắn an toàn hợp lý. Một container (buồng chứa) thích hợp cho một nguồn có hoạt độ 30Ci
thường có khối lượng nhỏ nhất là 150kg. Một vài nguồn cobalt –60 có hoạt độ từ 1000 – 3000Ci
được dùng trong các máy phát bức xạ cố định; có thể sử dụng thay thế cho các máy gia tốc linac
và betatron để chụp ảnh bức xạ các mẫu vật bằng thép có bề dày lớn, từ 100 – 200mm. Dĩ nhiên,
chúng rẽ hơn thiết bị phát bức xạ tia X có điện thế đến MV rất nhiều, nhưng suất liều phát bức xạ
của chúng nhỏ hơn nhiều vì thế cần một thời gian chiếu dài hơn. Vì vậy cần xem xét hiệu ứng tự
hấp thụ bức xạ khi chế tạo các nguồn có cường độ cao.
3.2.1.2.2 Iridium – 192 :
Iridium là một kim loại rất cứng thuộc dòng họ platinum; có mật độ là 22.4g/cm 3, tồn tại trong tự
nhiên dưới hai dạng đồng vị là Iridium – 191 (38%) và Iridium – 193 (62%). Kích hoạt Iridium tự

nhiên trong lò phản ứng hạt nhân được thực hiện theo phản ứng (n,γ) tạo ra hai đồng vị phóng xạ
tương ứng là Ir - 192 có chu kỳ bán rã 74.4 ngày và Ir - 194 có chu kỳ bán rã 19 giờ. Người ta
thường để nguồn sau kích hoạt một vài ngày trước khi tiến hành đo đạc để loại bỏ hầu hết các
thành phần Ir - 194 có thời gian sống ngắn. Ir - 192 phân rã chủ yều bằng việc phát β để trở thành
Platinum-192, nhưng cũng có quá trình phân rã thứ cấp do bắt điện tử để trở thành Osmium-192
(Os - 192). Cả hai sản phẩm này đều ở trạng thái bền. Phổ năng lượng γ phát ra khá phức tạp,
chứa ít nhất là 24 vạch phổ với một số vạch chiếm ưu thế là 0.13; 0.29; 0.58; 0.6 và 0.61 MeV.
Về phương diện chụp ảnh bức xạ, Ir - 192 có thể cạnh tranh với các máy phát tia X điện thế 500
KV. Nguồn Iridium – 192 có hoạt độ một curie, cho một suất liều phát đạt tới 0.5 R/h ở khoảng
cách một mét. Nguồn Ir192 có thể sử dụng để kiểm tra các mẫu vật bằng thép có dải bề dày khoảng
100mm. Nguồn thường được đặt trong các vỏ bọc làm bằng hợp kim nhôm và có các kích thước
khác nhau thay đổi từ 0.5×0.5 mm đến 6×6 mm. Nguồn Ir - 192 được sử dụng trong chụp ảnh
bức xạ công nghiệp có hoạt độ từ 500mCi đến 50 Ci, nhưng cũng có những nguồn có cường độ
lớn hơn lên đến 100 Ci và một nguồn 60 Ci có thể được chế tạo với kích thước nhỏ đến 2 × 2
mm.
3.2.1.2.3. Caesium-137 :

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

104

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

Caesium - 137 là một trong những sản phẩm phân hạch chứa nhiều nhất trong các thanh nhiên
liệu của lò phản ứng hạt nhân và có thể được chiết ra dưới dạng sulphate hoặc cloride bằng

phương pháp kết tủa hóa học. Muối phóng xạ này được nén tới mật độ là 3.5g/cm 3 và hoạt độ
riêng bị giới hạn nhiều do sự có mặt của đồng vị caesium khác trong nguồn. Do caesium chloride
ở dạng bột có thể hòa tan nên phải sử dụng các phương pháp bọc kép đặc biệt.
Cs - 137 phân rã bằng cách phát xạ β để trở thành một trạng thái đồng phân của Ba 137 (β có năng
lượng 0.52 MeV chiếm 92%; β có năng lượng 1.17 MeV chiếm 8%) rồi phát bức xạ γ có năng
lượng 0.662 MeV. Chu kỳ bán rã của nguồn caesium là 30 năm và suất liều phát đạt đến 0.33
RHM/Ci. Cs - 137 được sử dụng chủ yếu để chụp ảnh bức xa các mẫu vật bằng thép từ 40 đến
100mm. Cùng một kích thước vật lý, nó lại không có suất liều phát như Ir - 192 và giá thành đắt
hơn nhưng bù lại có chu kỳ bán rã dài hơn rất nhiều, do đó nó được quan tâm từ những người sử
dụng không thuờng xuyên hơn là sử dụng liên tục.
3.2.1.2.4. Thulium – 170:
Đồng vị này được đưa vào sử dụng vào năm 1953, khi cần một nguồn đồng vị phóng xạ phát ra
bức xạ gamma có năng lượng thấp thích hợp cho việc chụp ảnh bức xạ các mẫu vật mỏng bằng
thép và các loại hợp kim nhẹ. Thulium – 170 có chu kỳ bán rã là 127 ngày. Thulium là một trong
những nguyên tố đất hiếm và kim loại khó chế tạo, nó thường được sử dụng dưới dạng thulium
oxide bột có mật độ khoảng 4g/cm3 và được nung kết thành dạng viên có mật độ là 7g/cm 3. Đồng
vị thulium – 169 tồn tại trong tự nhiên sẽ bắt neutron nhiệt để chuyển đổi thành thulium – 170.
Quá trình phân rã bằng cách phát ra bức xạ β có năng lượng là 0.968 Mev và 0.884MeV. Hạt
nhân từ trạng thái kích thích trở về trạng thái bền vững bằng cách phát ra bức xạ gamma có năng
lượng 0.084MeV hoặc bằng quá trình biến hoán trong (biến đổi nội tại); chỉ có 3.1% quá trình
phân rã dẫn đến phát bức xạ gamma. Từ quá trình biến hoán trong (biến đổi nội tại) phát ra bức
xạ gamma có năng lượng 0.052MeV từ 5% quá trình phân rã. Chỉ khoảng 8% trong tổng số hiệu
suất phân rã bức xạ hiệu dụng đi đến một điểm của ảnh chụp bức xạ trên phim. Thulium – 170
phát ra bức xạ gamma có năng lượng 0.84MeV có thể so sánh được với bức xạ tia X phát ra từ
một máy phát tia X 120KV. Nguồn thulium –170 cho một suất liều phát có giá trị là 0.0045
RMH/1Ci. Nguồn này có thể sử dụng để chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mẫu vật bằng nhôm có bề
dày từ 0.2 đến 1.2cm và các mẫu vật bằng thép có bề dày lên đến 0.5cm. Nguồn được sử dụng
thường có dạng viên nhỏ, kích thước 2 × 3mm và 3 × 3mm, được bọc bằng một vỏ hợp kim
nhôm.
3.2.1.2.5. Ytterbium – 169 :

Nguồn này được sử dụng trong những năm gần đây. Ytterbium được tạo ra khi kích hoạt neutron
vào một hỗn hợp của một vài đồng vị bền trong lò phản ứng hạt nhân. Yb –168 được kích hoạt
thành Yb-169. Nhiều nhất là đồng vị Yb-174 bền được kích hoạt thành Yb-175. Sau đó phát ra
một năng lượng thấp nhưng chu kỳ bán rã chỉ 4.2 ngày. Trong khi đó Yb-169 có chu kỳ bán rã là
31ngày. Do đó, trong nguồn mới được kích hoạt là một nguồn có một hỗn hợp hai đồng vị phóng
xạ có chu kỳ bán rã khác nhau, có phổ phát xạ khác nhau và tỷ lệ tương đối của hai đồng vị
phóng xạ này sẽ biến đổi nhanh theo thời gian. Sau một khoảng thời gian tương đối ngắn hầu như
đồng vị phóng xạ Yb-175 bị phân rã hết và nguồn còn lại chủ yếu là Yb – 169. Ytterbium-169 có
một phổ gamma chứa một vài vạch phổ, chủ yếu là những bức xạ gamma có năng lượng : 0.063,
0.198, 0.177 và 0.109MeV.
Liều phát bức xạ của nguồn này là 0.125RMH/Ci tại khoảng cách 1m. Gần đây các nguồn được
chế tạo từ 24% ytterbium trong tự nhiên được làm giàu để tăng tỷ lệ Yb – 169 lên trong nguồn
được kích hoạt, và vì vậy làm tăng hoạt độ phóng xạ trong một kích thước vật lý cho trước. Đối
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

105

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

với quá trình làm giàu, nguồn này có thể được kích hoạt để có hoạt độ 1 – 3Ci thì kích thước
tương đương của nó là 0.6 × 0.6mm và hoạt độ 100 đến 500mCi sẽ có kích thước 0.3 × 0.3mm
theo dạng viên nhỏ.
Ytterbium là một kim loại rất hiếm, quá trình làm giàu khó vì thế các nguồn này tương đối đắt
tiền. Vấn đề chính đối với các nguồn Ytterbium hiện nay là việc ứng dụng và cung cấp nó. Các
thí nghiệm đo độ nhạy của ảnh chụp bức xạ chứng tỏ nó đạt tới độ nhạy mong muốn cũng như độ

tương phản của ảnh chụp bức xạ này thực hiện với nguồn Yb – 169 là gần như tương đương với
ảnh chụp từ nguồn tia X được lọc giữa 250 và 350kV, và phụ thuộc vào bề dày của mẫu vật.
BẢNG 3.2. ĐẶC TRƯNG CÁC NGUỒN ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ SỬ DỤNG CHỤP ẢNH
BỨC XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP.
Đồng vị phóng xạ
Chu kỳ bán rã
Dạng hoá học

Co – 60
5.3 năm
Kim
loại

Ir – 192
74 ngày
Kim loại

Cs – 137
30 năm
Cs - Ce

0.66

Th – 170
127 ngày
Kim loại
hoặc
Tm2O3
4
0.87

0.052

Mật độ (g/cm3)
Năng lượng bức xạ gamma
phát ra (MeV)

8.9
1.17
1.33

3.5

Tiết diện kích hoạt (barn)
Hoạt độ riêng cơ bản (Ci/g)

36
1100

22.4
0.31
0.47
0.64
370
10000

Hoạt độ riêng thực tế (Ci/g)

300

RHM/Ci

Dải bề dày thép kiểm tra tối
ưu (mm)
Hoạt độ của nguồn chụp ảnh
bức xạ trong thực tế (Ci)
Đường kính gần đúng nguồn
phóng xạ (mm)
Khối lượng che chắn (Kg)
Lớp bề dày hấp thụ một nửa
của chì (mm)

Yb – 169
30 ngày
YbO3

----25

130
6300

450

25

1500

1.33
50 –
150
100

0.5
10 – 70

0.37
20 – 100

0.0025
2.5 – 12

5500
Phụ thuộc vào
quá trình làm
giàu đồng vị Yb
- 168
2.5 – 3.5Ci trong
kích thước 1 ×
1mm
0.125
3 – 12

50

75

50

2.5 – 3.5

3

3

6

3

1

100
13

20
2.8

50
8.4

1
-----

----0.88

0.17 – 0.2

3.2.2. Đầu bọc nguồn đồng vị phóng xạ:
Nguồn phóng xạ được dùng trong chụp ảnh bức xạ rất nhỏ và thường được bọc trong một lớp vỏ
kim loại bảo vệ kín. Hình 3.9 biểu diễn một nguồn điển hình. Hầu hết các đồng vị được sử dụng
trong chụp ảnh bức xạ có dạng hình trụ vuông với đường kính và chiều cao gần bằng nhau. Dạng
nguồn này cho phép sử dụng bất cứ bề mặt nào của nó làm tiêu điểm phát bức xạ, do tất cả các bề
mặt khi hướng đến mẫu vật có diện tích gần bằng nhau.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

106

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

Vỏ bọc bên trong
Tấm nêm

Nguồn phóng xạ dạng viên
Vỏ bọc bên ngoài

Mối hàn

Hình 3.9. Mô hình cấu trúc bên trong của một nguồn chụp ảnh bức xạ điển hình.
Đường kính của các nguồn hình trụ khác nhau thay đổi trong khoảng từ 0.5 đến 20mm trong khi
đó chiều dài của chúng thay đổi trong khoảng từ 0.5 đến 8mm. Đôi khi các nguồn cũng được chế
tạo theo dạng hình cầu. Đường kính của phần có phóng xạ nằm trong khoảng 6 đến 20mm.
Các nguồn được cung cấp có thể kèm theo thẻ (nhãn) hoặc không có. Các nguồn Cs 137 có hoạt độ
lên đến 3Ci chứa đồng vị phóng xạ giống như là một hạt thủy tinh caesium. Những nguồn lớn
hơn chứa các viên caesium chlorride nhỏ được nén lại. Chúng có thể đặt trong các vỏ bao hình trụ
trơn hoặc trong các vỏ bao có nhãn dạng phẳng.
3.2.3. Các đầu chiếu:
Các nguồn γ luôn phát bức xạ mọi lúc, mọi nơi, theo mọi phương, nên không an toàn khi sử dụng

chúng cho công việc chụp ảnh bức xạ, ngay cả khi chúng ở dạng vỏ bọc như trên. Các nguồn
được đặt trong các container (buồng chứa) được thiết kế đặc biệt gọi là các đầu chiếu bức xạ
gamma hoặc các máy chiếu bức xạ gamma. Các container (buồng chứa) này nói chung thường
được chế tạo từ các kim loại có khả năng hấp thụ bức xạ tốt như chì, tungsten, hoặc uranium
nghèo để làm giảm cường độ bức xạ phát ra xuống đến mức cho phép. Việc thiết kế những
container này cần có bề dày phù hợp để bảo đảm an toàn khi nguồn không sử dụng và cũng tạo ra
chùm bức xạ mong muốn khi cần thiết. Các đầu chiếu bức xạ gamma có sẵn trên thị trường theo
một vài dạng thiết kế thích hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Ta có thể lựa chọn một hoặc
nhiều thiết bị khác nhau thích hợp nhất cho những yêu cầu của ta.
Những điểm lưu ý chính khi thiết kế một container (buồng chứa) nguồn chiếu là:
i)
Thuận tiện cho việc sạc và thay đổi vỏ bọc nguồn một cách dễ dàng và nhanh chóng.
ii)
Container (buồng chứa) phải bền chắc: Nếu bất ngờ các lớp bảo vệ bị hư hỏng thì
container (buồng chứa) không thể mở ra hoặc đóng lại được nên vấn đề lưu giữ với các
nguồn lớn trở nên cực kỳ nguy hiểm. Quá trình tác động của các chất bẩn hoặc hơi ẩm lên
máy chiếu cần phải được xem xét trước tiên.
iii)
Việc thiết kế an toàn khi bị hỏng hóc là rất quan trọng; nghĩa là khi bất kỳ những chi
tiết nào bị hư hỏng, hoặc bị rớt ra ngoài trong quá trình chiếu thì nguồn sẽ trở lại vị trí an
toàn của nó.
iv)
Cần phải có các chỉ báo rõ ràng vị trí chính xác của nguồn.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

107

CHƯƠNG 3

TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

v)

Trừ khi container (buồng chứa) được đặt trên một giá đỡ vĩnh cửu, thì kích thước và
khối lượng là các yếu tố rất quan trọng.
vi)
Các container (buồng chứa) phải được thiết kế sao cho có thể điều chỉnh được hướng
phát của chùm bức xạ; cũng cần phải có một thiết bị dự phòng để thực hiện được quá trình
chiếu chụp toàn phương.
vii)
Bức xạ tán xạ, đối với bức xạ gamma là một vấn đề ít gây ảnh hưởng hơn so với bức
xạ tia X, nhưng vẫn cần phải giữ ở mức thấp nhất. Do đó, ta cần phải quan tâm để có thể
điều chỉnh độ rộng của chùm tia cho phù hợp với kích thước của mẫu vật và phim.
Dưới đây trình bày sơ lược một vài đầu chiếu hoặc máy chiếu bức xạ gamma được sử dụng phổ
biến:
3.2.3.1. Thiết bị dạng chốt đóng mở:
Hình 3.10 mô tả một trong những đầu chiếu đơn giản nhất phù hợp cho việc chiếu chụp định
hướng. Các thiết bị dạng này có hoạt độ tới 2Ci cho nguồn Co - 60 và 100Ci cho nguồn Ir - 192.
Một chốt hình nón bậc đóng mở được khỏi thân chính khi cần chiếu chụp. Ở vị trí mở, chốt được
giữ cố định để không che khuất chùm bức xạ. Các bậc của chốt được làm rất chắc chắn để tránh
việc bị sút (tuột) ra. Thiết bị này cũng có thể dùng cho việc chiếu chụp toàn phương bằng cách
đẩy nguồn ra khỏi container (buồng chứa) nhờ một thanh dẫn hướng có chia độ.

Chốt ở vị trí mở

Vỏ che
chắn chính

Nguồn

Dịch chuyển chốt
ra để chiếu chụp
Chốt ở vị trí đóng

Thanh giữ nguồn

Hình 3.10. Thiết bị chụp ảnh bức xạ gamma dạng chốt đóng mở được

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

108

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

3.2.3.2. Thiết bị dạng chữ D:
Tay điều khiển
Vỏ che chắn

Cửa sổ có kích thước nhỏ

Thanh giữ nguồn được
che chắn ở đằng sau

Nguồn ở vị trí được che chắn

Hình 3.11. Container chiếu chụp dạng màn trập quay.
Hình 3.11 mô tả một máy chiếu gamma dạng chữ D thích hợp cho việc chụp ảnh bức xạ kiểm tra
ống (hai thành một ảnh). Các thiết bị như vậy có sẵn trên thị trường có hoạt độ lên đến 7.5Ci (Ir –
192) hoặc 1Ci ( nguồn Cs – 137). Thiết bị được kẹp chặt vào ống nhờ một sợi dây xích và cũng
có thể được quay đến một vị trí mong muốn khi cần thiết. Khi cần phát chùm bức xạ thì khối hình
trụ giữ nguồn bên trong được quay quanh trục của nó sao cho nguồn đi đến phía trước cửa sổ nhỏ
nằm bên ngoài container (buồng chứa) che chắn. Khi không sử dụng thì nguồn nằm ở tâm của
container (buồng chứa) che chắn.
3.2.3.3. Thiết bị có dạng ngọn đuốc:

Tay nắm có thể tháo rời

Nơi cất giữ tay
nắm

Lò xo nén

Bộ gá dạng ngọn
đuốc được che chắn
Vỏ che chắn

Nguồn ở vị trí nghỉ

Hình 3.12. Container chiếu dạng ngọn đuốc.
Loại thiết bị này đầu tiên được dùng để kiểm tra các mối hàn đường ống, nhưng các bộ gá lắp
thường được chế tạo để có thể sử dụng cho các công việc kiểm tra khác. Đối với quá trình chụp
ảnh bức xa trong ống, thiết bị có dạng ngọn đuốc được lấy ra từ container (buồng chứa) và đặt
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

109

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

vào một hộp che chắn được gắn tiếp xúc với ống. Hộp che chắn trong thiết bị dạng ngọn đuốc
bảo vệ nhân viên kiểm tra trong quá trình chiếu chụp. Dạng thiết bị này được minh họa trong
hình 3.12
3.2.3.4. Thiết bị chụp ảnh gamma điều khiển từ xa:
Thiết bị này có thể điều khiển được hoạt động từ một khoảng cách xa, vì thế chúng thích hợp cho
các loại nguồn có hoạt độ lớn. Nguồn phóng xạ được đưa ra ngoài container (buồng chứa) đến vị
trí chiếu mong muốn theo một ống dẫn và được đưa trở lại khi quá trình chiếu chụp hoàn thành.
Có nhiều loại thiết bị chứa các nguồn Ir192 và Co60 rất mạnh có hoạt độ lên đến 500Ci.
Màn trập quay
Điều khiển màn trập
Ống dẫn nguồn ra (ở vị trí đóng)
Đầu nối ống dẫn nguồn
Ống dẫn nguồn ra
(ở vị trí mở)

Đầu nối cáp điều khiển
Thanh giữ nguồn dạng
khớp nối linh động được
che chắn ở đằng sau

Vỏ che chắn

Đầu nối ống dẫn nguồn

Vỏ che chắn

Nguồn nằm ở vị
trí được che chắn

Hộp chứa nguồn linh động

Đầu nối cáp điều khiển

Hình 3.13. Nguyên lý của một máy chụp ảnh bức xạ gamma điều khiển từ xa.
Có hai loại thiết bị chụp ảnh bức xạ gamma được sử dụng phổ biến hiện nay:
* Loại nguồn dây cáp có khớp nối ly hợp:
Gồm có một container (buồng chứa) che chắn có các khoá an toàn và các phụ tùng khác.v.v…
một hệ thống điều khiển từ xa để điều khiển sự dịch chuyển của nguồn nhờ một dây cáp có khớp
nối ly hợp (hình 3.13). Nguồn được đẩy ra khỏi container tới vị trí chiếu chụp bằng cách sử dụng
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

110

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

tay quay của bộ phận thao tác theo một hướng và kéo nguồn trở lại container (buồng chứa) khi
hoàn thành quá trình chiếu chụp bằng cách quay tay quay theo hướng ngược lại.
* Dạng áp lực:
Thiết bị này gồm có một container (buồng chứa) che chắn bảo vệ, một hệ thống điều khiển từ xa
vận hành bằng khí nén. Nguồn được đẩy ra khỏi container (buồng chứa) đến vị trí chụp nhờ một
lực nén và được đưa trở lại container nhờ một lực hút.
Các đầu chiếu bức xạ gamma hiện có trên thị trường được thiết kế theo một số đặc trưng quan
trọng được tóm tắt trong bảng 3.3.
BẢNG 3.3. CÁC THIẾT BỊ CHIẾU BỨC XẠ GAMMA THƯƠNG MẠI.
Tên thiết bị

Đồng vị
2

Hoạt độ
(Ci)
3

Vật liệu che
chắn
4

Khối luợng
(Kg)
5

1
Tech/Ops Model 660

Ir – 192

100

Uranium
nghèo

20

Iriditron (Sperry) Model –
520
Gammat Model TI

Ir – 192

100

18.18

Ir – 192

40

Uranium
nghèo
Uranium kim
loại

Model TI – F

Ir – 192

100

Uranium kim
loại

15

Gamma indus
Model – 35
Pipeliner Model 1

Ir – 192

35

11.36

Ir – 192

100

Tech/Ops Model 684

Co – 60

10

Uranium
nghèo

Uranium
nghèo
Uranium
nghèo

Model 741

Co – 60

30

Uranium
nghèo

136

Model 680 (Sperry)

Co – 60

100

Uranium
nghèo

184

Unitron Gammat
Model – 110 AB

Co – 60
hoặc

10
Chì

272.72

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

111

12

14.5
102.3

Mức bức xạ
rò rỉ
6
Dưới
mức
được phép
cực đại cho
bởi IAEA &
USNRC
50mR
200mR/h ở
ngay tại bề
mặt

200mR/h ở
ngay tại bề
mặt
50mR/h cách
bề mặt 6”.
50mR/h cách
bề mặt 6”.
Dưới
mức
được phép
cực đại cho
bởi IAEA &
USNRC
Dưới
mức
được phép
cực đại cho
bởi IAEA &
USNRC
Thấp
hơn
200mR/h ở
tại bề mặt.
Thấp
hơn
200mR/h tại
CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

Model 151, 161

Ir – 192
Co – 60

300
200

Gammat Model TK 10

Co – 60

Model TK 30

Chì

1363.63

10

Uranium
nghèo

95

Co – 60

30

Uranium
nghèo

120

Model TK 100

Co – 60

100

Uranium
nghèo

140

Gamma Indust
Gammatron Model 20A

Co – 60

20

136.36

Gammatron Model 50A

Co – 60

50

Gammatron Model 100A

Co – 60

100

Uranium
nghèo được
bọc trong
Polyurethane
Uranium
nghèo được
bọc trong
Polyurethane
Uranium
nghèo được
bọc trong
Polyurethane

bề mặt.
Thấp
hơn
200mR/h tại
bề mặt.
Thấp
hơn
200mR/h tại

bề mặt.
Thấp hơn
200mR/h tại
bề mặt.
Thấp hơn
200mR/h tại
bề mặt.
Thấp
hơn
200mR/h tại
bề mặt.

152.27

Thấp
hơn
200mR/h tại
bề mặt.

204.54

Thấp
hơn
200mR/h tại
bề mặt.

3.2.4. Lựa chọn nguồn phát bức xạ gamma:
Để đánh giá khả năng sử dụng của các nguồn phát bức xạ gamma khác nhau cho một công việc
nào đó, một số tính chất của nó cần phải được xem xét. Những chỉ dẫn tóm tắt được trình bày
dưới đây :

3.2.4.1. Chu kỳ bán rã:
Nguồn phải có chu kỳ bán rã đủ dài để có thể thực hiện hoàn tất công việc. Tuy nhiên, nếu lựa
chọn một nguồn có thời gian sống ngắn thì cần phải xem xét những tính chất cần thiết khác như
hoạt độ khi xuất xưởng phải cao. Ví dụ như nguồn Radon có chu kỳ bán rã là 3,825 ngày và phân
rã nhanh nhưng một nguồn như vậy mà có hoạt độ ban đầu khoảng chừng 150mCi sẽ có khả năng
sử dụng để trong chụp ảnh bức xạ lên đến hai tuần lễ.
3.2.4.2. Năng lượng của bức xạ gamma:
Năng lượng của bức xạ gamma phát ra từ nguồn phải đủ lớn để xuyên qua được bề dày mẫu kiểm
tra. Dải bề dày kim loại thông dụng tương ứng với các loại nguồn gamma khác nhau đều có ở
trong các tài liệu kỹ thuật. Thực tế thường giới hạn bề dày trong một dải chỉ định để giảm thiểu
khả năng làm mất chất lượng ảnh chụp bức xạ.
Năng lượng bức xạ phát ra từ một nguồn phóng xạ gamma không thể thay đổi được, để có các
năng lượng bức xạ phát ra khác nhau thì chỉ có cách sử dụng các nguồn phóng xạ gamma khác
nhau.
PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

112

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

3.2.4.3. Kích thước nguồn:
Kích thước nguồn cần phải nhỏ để làm giảm bóng mờ (Unsharpness – Ug) của ảnh chụp bức xạ
trên phim đến mức nhỏ nhất, do đó sẽ làm tăng chất lượng ảnh chụp bức xạ. Trong kỹ thuật chụp
ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn ống, ví dụ như ở đó nguồn được đặt ở bên trong ống và phim
được đặt ở bên ngoài ống, ống có đường kính trong là 30cm và bề dày thành là 1.2cm có thể

kiểm tra được bằng cách sử dụng một nguồn phóng xạ gamma có kích thước là 2mm × 2mm
được đặt ngay tại tâm của ống còn trong khi đó đối với một ống có đường kính trong là 5cm và
có bề dày thành là 0.5cm được kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ bằng cách sử dụng một nguồn
phóng xạ gamma có kích thước là 1mm × 1mm thì cần phải giữ Ug của ảnh chụp bức xạ trong
một giới hạn cho phép (< [Ug]).
3.2.4.4. Hoạt độ riêng cao:
Để giữ thời gian chiếu chụp ngắn thì cần phải có một lượng bức xạ phát ra thích hợp (nghĩa là
hoạt độ cao). Để có độ xác định ảnh (image definition) tối ưu thì nguồn phải có hoạt độ cao và
được ép thành một khối nhỏ nhất. Hoạt độ riêng của một nguồn phóng xạ gamma được định
nghĩa là hoạt độ trên một đơn vị khối lượng (Ci/g; Bq/g).
3.2.4.5. Tính thích hợp:
Nguồn phải tìm kiếm được dễ dàng trên thị trường, giá rẻ nhất và chế tạo được dể dàng. Cuối
cùng cần lưu ý rằng Co-60, Ir-192 có thể chế tạo dễ dàng bằng cách kích hoạt chúng với neutron
trong lò phản ứng hạt nhân còn Cs-137 thì không.
3.2.5. Ưu điểm và nhược điểm trong việc sử dụng các chất đồng vị:
a.
i)
ii)
iii)
iv)
v)

b.
i)
ii)
iii)

Ưu điểm:
Giá thành của thiết bị và nguồn rẽ hơn nhiều so với giá thành của một máy
phát bức xạ tia X có dải năng lượng tương đương.

Thiết bị dùng cho chất đồng vị dễ vận chuyển hơn so với thiết bị phát bức xạ
tia X.
Bản thân vật liệu nguồn đồng vị đủ nhỏ để có thể di chuyển qua được một khe
hở có đường kính nhỏ.
Thiết bị cực kỳ chắc chắn và dễ vận hành và bảo quản.
Bức xạ phát ra từ một số nguồn đồng vị phóng xạ có khả năng xuyên thấu rất
cao. Nhờ các đồng vị phóng xạ này mà ta có thể có được các ảnh chụp bức xạ của các mẫu
vật rất dày một cách thỏa mãn.
Nhược điểm :
Điều đầu tiên và là điều quan trọng nhất từ quan điểm về an toàn đó là bức xạ
không thể tắt được.
Nói chung, các ảnh chụp bức xạ dùng bức xạ gamma có độ tương phản thấp
hơn so với những ảnh này được chụp bằng bức xạ tia X.
Khả năng xuyên sâu chỉ phụ thuộc vào nguồn đồng vị phóng xạ nào đó được
sử dụng và không thể thay đổi hoặc điều chỉnh mà không cần thay đổi nguồn đồng vị phóng
xạ.
Giá thành cao khi thay thế các nguồn đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn

3.2.6. Kỹ thuật chụp ảnh bức xạ gamma:

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

113

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

Nhiều khía cạnh của kỹ thuật chụp ảnh bức xạ với bức xạ gamma giống hệt với kỹ thuật chụp ảnh
bức xạ bằng bức xạ tia X và những kỹ thuật này được trình bày chi tiết ở các chương sau. Một
vấn đề đặc biệt của kỹ thuật chụp ảnh bức xạ gamma là ta không thể điều chỉnh được năng lượng
của bức xạ gamma theo cách giống như điều chỉnh cao thế của một ống phát bức xạ tia X để phù
hợp với bề dày của mẫu vật được kiểm tra. Chỉ có một phương pháp thay đồi năng lượng bức xạ
gamma là chọn các đồng vị phóng xạ khác.
Ba đồng vị phóng xạ được sử dụng phổ biến nhất đó là Ir – 192; Cs – 137; Co – 60 đều phát bức
xạ gamma có năng lượng tương đối cao. Vì thế các ảnh chụp bức xạ bằng bức xạ gamma
thường có độ tương phản kém hơn ảnh chụp bức xạ bằng tia X của cùng một mẫu vật. Sự
khác nhau về độ tương phản này sẽ trở nên thấp hơn khi bề dày của mẫu vật được kiểm tra tăng
lên. Do điều này nên một kỹ thuật chụp ảnh bức xạ bằng bức xạ gamma thực hiện tốt cần phải cố
gắng bổ sung vào sự mất mát bức xạ tạo nên độ tương phản bằng cách đảm bảo chắc chắn rằng
độ tương phản phim nhận được càng cao càng tốt.
Bức xạ gamma thường được dùng nhiều để thực hiện chụp ảnh bức xạ kiểm tra các chi tiết trên
hiện trường mà ở đó nếu sử dụng máy phát bức xạ tia X thì cần phải có điện, nước và điều này
gây rắc rối và làm tốn nhiều thời gian cho các công việc thao tác. Đối với các mẫu vật làm bằng
thép có bề dày nhỏ hơn 50mm và đặc biệt đối với các mẫu vật này có bề dày nhỏ hơn 25mm, độ
nhạy có thể đạt được của một ảnh chụp bức xạ trên phim đối với bất kỳ nguồn phát bức xạ
gamma nào đều kém hơn độ nhạy ảnh chụp bức xạ trên phim tốt khi chiếu chụp với bức xạ tia X
và sự mất mát về độ nhạy này phải có sự cân xứng với sự tiện lợi của việc sử dụng bức xạ
gamma. Ví dụ để chụp ảnh bức xạ kiểm tra các mối hàn ống sử dụng cả bức xạ tia X hoặc tia
gamma thì việc chọn lựa nguồn phát bức xạ thường dựa vào khả năng tiếp cận và áp lực công
việc. Đối với các đường ống chịu áp lực cao thì việc thực hiện chụp ảnh bức xạ kiểm tra bằng
bức xạ tia X sẽ được ưu tiên hơn nếu có thể sử dụng được, nhưng đối với các đường ống dẫn đặc
biệt trong địa hình phức tạp thì việc chụp ảnh bức xạ gamma được nhiều chuyên gia chấp nhận.
Hình 3.4. biểu diễn một số ví dụ của việc dùng các đồng vị phóng xạ để chụp ảnh kiểm tra các
đường ống.
Bức xạ gamma được sử dụng rộng rãi để kiểm tra cho cả các vật đúc kim loại. Đối với loại công
việc này có thể đạt được độ nhạy tốt hơn khi thực hiện chụp ảnh bức xạ tia bằng X. Một nguồn

Co – 60 phát ra bức xạ gamma có cường độ trung bình hiện hữu nhỏ hơn nhiều so với một máy
phát bức xạ tia X có điện thế cỡ megavolt để thực hiện kiểm tra các chi tiết có bề dày nằm ngoài
khả năng thực hiện của các máy phát bức xạ tia X nhỏ.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

114

CHƯƠNG 3


TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP.HCM

TÀI LIỆU HUẤN LUYỆN RT CẤP II

Phim
Phim
(a)
Nguồn
Phim
Mối hàn
Nguồn

(b)

Nguồn
Mối hàn
Nguồn

Phim

(c)

Hình 3.14. Những kỹ thuật chụp ảnh bức xạ gamma kiểm tra các mối hàn ống.
Dĩ nhiên, thời gian chiếu chụp dài hơn nhiều so với máy phát bức xạ tia X có điện thế cỡ
megavolt và khối lượng công việc có thể nhận được cũng nhỏ hơn, nhưng đôi khi công việc này
có thể được bổ sung bằng cách lập một kế hoạch chu đáo; nếu nhiều vật đúc có bề dày giống
nhau được kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ thì các vật đúc này có thể được đặt xung quanh hướng
vào nguồn phát bức xạ gamma và để chiếu chụp suốt đêm. Bằng cách sử dụng một vài các vật
đúc có bề dày xếp thành từng bậc có số ảnh chụp bức xạ khoảng một trăm hoặc nhiều hơn có thể
được chiếu chụp cùng một lúc và chiếu chụp suốt một đêm; nếu những vật đúc này được đặt
trong một phòng được khoá chặt cần phải không có bức xạ nguy hiểm phát ra và không cần giám
sát. Do đó, hầu như toàn bộ thời gian vào ban ngày được dùng để xử lý tráng rửa, giải đoán phim
và đặt thực hiện chụp một loạt các vật đúc kế tiếp. Ta cũng có thể thực hiện quay các mẫu vật
vòng quanh theo một vòng tròn. Thời gian chiếu cần phải được điều chỉnh đến một vòng quay
của bảng. Các mẫu vật và phim có thể thay đổi tại một điểm cố định nằm ở đằng sau khối che
chắn. Theo một cách tương tự thì toàn bộ chu vi vòng tròn của một bồn hình trụ có thể chụp ảnh
kiểm tra chỉ trong một lần chụp cùng với một nguồn phóng xạ được đặt ở đường tâm của bồn.
3.3. KIỂM TRA VÀ BẢO QUẢN CÁC THIÊT BỊ CHỤP ẢNH BỨC XẠ GAMMA.
Các thiết bị chụp ảnh bức xạ có mặt trên thị trường hiện nay thường được đưa ra theo các bước
cho phép vận hành không xảy ra sự cố trong một khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, mặc dù vậy thì
sự hư hỏng hoặc sự thay đổi có thể xảy ra bất cứ lúc nào nên các thiết bị phát bức xạ tia X và tia
gamma cần phải bảo dưỡng và kiểm tra thường xuyên.

PHÒNG THÍ NGHIỆM NDT

115

CHƯƠNG 3