Sự tiến bộ loài người cũng như bất kỳ giống loài nào trên trái đất đều từ trong một môi trường tạm thời nhưng không ngừng vận động và phụ thuộc mạnh mẽ vào nền tảng công nghệ, cấu trúc hạ tầng, cũng như duy trì tính toàn vẹn trước các biến đổi xung quanh. Bức xạ có rất nhiều trong vũ trụ với một số có khả năng ion hóa các nguyên tử khác bằng cách tách các điện tử do năng lượng lớn hơn trên mỗi lượng tử.
Chụp X-quang đã được sử dụng như một công cụ để chụp ảnh cấu trúc kể từ khi William Röntgen phát hiện ra tia X vào năm 1895, đưa vào ứng dụng trong chụp ảnh y tế và sau đó là sử dụng bức xạ ion hóa (Tia X và Tia Gamma) cho hình ảnh công nghiệp. Kiểm tra không phá hủy (NDT), được gọi là kiểm tra chụp X-quang hay chụp ảnh phóng xạ là một trong những kỹ thuật NDT hiện đại được sử dụng để kiểm tra các cấu trúc kỹ thuật mà không có nguy cơ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của cấu trúc. Những kiểm tra NDT này liên quan đến việc truyền bức xạ điện từ ion hóa qua cấu trúc và quan sát được trong khi ghi lại trên phim chụp X-quang về các biến dạng và khiếm khuyết của cấu trúc. Tính linh hoạt liên quan đến phương pháp thử nghiệm NDT này được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp, cho phép kiểm tra từ xa nhưng có tính chi tiết cao, nâng cao khả năng đánh giá kết cấu theo thời gian thực trong những môi trường khắc nghiệt nhất.
Kiểm tra không phá hủy: chụp ảnh phóng xạ là gì?
Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (RT) là một trong những ứng dụng được sử dụng nhiều nhất trong các ngành kỹ thuật, kiến trúc, y học và an ninh. Phương pháp kiểm tra này liên quan đến việc sử dụng bức xạ điện từ ion hóa (Tia X hoặc Tia Gamma) truyền qua đối tượng/cấu trúc được quan sát, quan sát kết cấu bên trong qua tấm chụp X-quang. Hình ảnh được ghi trên tấm phim được tạo ra bằng cách sử dụng độ sáng tối trên phim, thay đổi nhờ độ dày của vật thể và làm chỉ báo thành phần cùng với các biến thể trong hình ảnh biểu thị sự biến dạng và khuyết tật trong cấu trúc.
Tia X được Wilhelm Röntgen phát hiện ra vào năm 1895. Những sóng điện từ này có bước sóng ngắn với số đo dưới một trăm nanomet (nm). Tia gamma được phát hiện vào năm 1900 bởi nhà hóa học Paul Villard và được khẳng định qua các nghiên cứu về sự cô lập Radium của Marie và Pierre Curie. Sóng gamma, giống như tia X, có bước sóng ngắn, bước sóng ngắn nhất trong phổ điện từ. Mắt người không thể nhìn thấy tia X và tia Gamma và chúng không có điện tích hay khối lượng. Các trường tích điện và từ trường không ảnh hưởng đến việc truyền đi của các sóng này và chúng chuyển động không dao động theo đường thẳng. Chúng cũng có bước sóng ngắn. Độ xuyên thấu của sóng tỉ lệ nghịch với bước sóng. Do đó, bước sóng càng ngắn thì khả năng xuyên thấu càng lớn. Khả năng này hỗ trợ việc phân tích toàn bộ cấu trúc bên trong của mẫu vật.
Trong thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ, một mẫu vật được giữ hoặc đặt trên đường đi của sóng và được đặt cạnh nguồn tia X hoặc tia Gamma, phim đặt đối diện dùng để ghi lại hình ảnh thu được. Cường độ và độ rõ của hình ảnh được hình thành phụ thuộc vào lượng bức xạ xuyên qua và đi qua mẫu vật. Hình ảnh thu được sáng hơn nếu phim tiếp xúc với bức xạ ít hơn, trong khi đó hình ảnh tối hơn khi phim tiếp xúc nhiều hơn với bức xạ.
Các loại nguồn chụp ảnh bức xạ có sẵn là: Nguồn thông thường; thiết bị chụp X-quang vi tiêu điểm; thiết bị chụp X-quang tiêu điểm; thiết bị Linac Betatron; các nguồn đẳng hướng như Iridium192, Cobalt60, Thulium170, Ytterbium169, Caesium137 và Selenium75. Các loại ghi nhận tia X có sẵn là: Phim chụp X quang có kích thước hạt từ D4 đến D7; Bộ tăng cường hình ảnh X quang; Vidicons có bản chất nhạy cảm với tia X; Màn hình huỳnh quang và các thiết bị ghép nối tích điện; Tấm hình ảnh; Các tấm phẳng kỹ thuật số như Tấm Selenium vô định hình và Tấm Silicon vô định hình; Mảng diode tuyến tính.
Một phần quan trọng của chụp ảnh X quang là độ tương phản của chủ thể, độ tương phản của phim và độ nét của hình ảnh. Những yếu tố này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như: Năng lượng được sử dụng trong quá trình chụp; Cường độ sóng; Bức xạ tán xạ được gây ra bởi sự tương tác của chùm tia với mẫu vật đang nghiên cứu; Kích thước tiêu điểm; Đặc điểm của máy dò được sử dụng. Khi các sóng X quang như tia X và tia Gamma truyền qua một vật thể, chúng sẽ tương tác với các cấu trúc bên trong của vật thể đó và bị tán xạ. Do đó, khi chiếu tia X hoặc tia Gamma qua mẫu vật và sử dụng bề mặt phát hiện trên máy dò, người vận hành có thể thu được hình ảnh của mẫu vật cùng với các cấu trúc bên trong và các biến dạng của nó. Hình ảnh này có bản chất hai chiều và có thể được suy ra bởi người vận hành có kinh nghiệm, người có thể quan sát những thay đổi về độ tương phản và thành phần của hình ảnh và thước đo nếu mẫu vật có khuyết tật hoặc biến dạng.
Do tính chất hai chiều của hình ảnh phim, có thể khó thu được dữ liệu về các khuyết tật làm thay đổi độ dày của vật thể. Hình ảnh thu được cũng phụ thuộc nhiều vào hướng của các khuyết tật liên quan đến chùm bức xạ tác dụng lên mẫu vật. Chất lượng chụp ảnh bức xạ có thể được đo bằng thiết bị có tên là Chỉ báo chất lượng hình ảnh (IQIs). Thiết bị này đo mức độ xuyên thấu của sóng vào mẫu vật và còn được gọi là máy xuyên thấu. Thiết bị này không hỗ trợ phát hiện sai sót và thay vào đó được sử dụng để đo độ chính xác và độ nhạy của quy trình.
Chỉ báo chất lượng hình ảnh có hai loại là Chỉ báo chất lượng hình ảnh loại lỗ và Chỉ báo chất lượng hình ảnh dây. Người vận hành cần thận trọng khi sử dụng sóng xuyên thấu thuộc bất kỳ bản chất nào vì chúng làm thay đổi bản chất hóa học của những vật mà sóng truyền qua. Điều này có thể đe dọa tính mạng người vận hành và bắt buộc phải sử dụng cẩn thận các thiết bị bảo hộ như tường ngăn bằng chì, bộ quần áo chứa chì và giày. Người vận hành theo quy định phải được đào tạo về an toàn bức xạ (thông tin đào tạo có thể xem tại đây).
Không giống như nhiều NDT khác, kỹ thuật RT khắc phục những hạn chế chung và không có khả năng kiểm tra cấu trúc bên trong của vật liệu và hình học phức tạp. Lợi ích của việc kiểm tra bằng X quang là rất lớn và không ngừng tăng lên về số lượng, một số trong đó là:
- Kiểm tra chụp ảnh phóng xạ không giới hạn ở các đối tượng thử nghiệm của các vật liệu cụ thể và do đó có thể được sử dụng cho nhiều loại vật liệu và nhiều ứng dụng. Việc mất dữ liệu và nhu cầu suy luận kỹ lưỡng cũng như sao chép tỉ mỉ dữ liệu thử nghiệm đều được loại bỏ. Dữ liệu thu được từ thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ là vĩnh viễn, được thể hiện trực quan và có thể được số hóa trực tiếp hoặc được phát triển trên phim.
- Các sóng bức xạ như tia X và tia Gamma có bản chất xuyên thấu cao và có thể xâm nhập vào vật liệu, mang lại hình ảnh rõ ràng về cấu trúc bên trong của vật liệu được thử nghiệm. Các lỗi chế tạo đôi khi phản ánh trên bề mặt vật liệu thường có thể bị nhiều kỹ thuật NDT khác hiểu sai, vì kỹ thuật này không thể giải thích các khuyết tật bên trong và bên dưới bề mặt có thể làm cho các khuyết tật xuất hiện dưới dạng các khuyết tật bề mặt nhỏ.
- Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ có thể phát hiện chính xác các khuyết tật bên trong đồng thời cung cấp ý tưởng rõ ràng về bản chất, kích thước và độ sâu của biến dạng. Điều này làm cho quá trình phát hiện lỗi chế tạo trở nên đơn giản. Sự gián đoạn trong cấu trúc của đối tượng thử nghiệm có thể được phân tích bằng kỹ thuật kiểm tra chụp ảnh phóng xạ. Việc chuẩn bị bề mặt được bỏ qua trong thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ và do đó quá trình này có hiệu quả về mặt thời gian. Độ chính xác được cung cấp bởi kiểm tra chụp ảnh phóng xạ là hoàn hảo và phương pháp này có thể phát hiện ra những sai sót nhỏ.
Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ là một kỹ thuật có độ nhạy cao và có thể mang lại nhiều lợi ích cho giai đoạn kiểm tra chất lượng và giai đoạn phân tích trung gian của quy trình sản xuất. Tuy nhiên, phương pháp này giống như mọi kỹ thuật khoa học khác đều có những hạn chế có thể tránh được hoặc có thể giải quyết được. Những hạn chế đó bao gồm:
- Thiết bị chụp ảnh bức xạ được giới hạn ở hướng tác dụng của sóng bức xạ cản trở. Điều này gây khó khăn cho việc đạt được phạm vi tiếp cận kiểm tra đầy đủ ở các đối tượng có hình dạng phức tạp. Mẫu kiểm tra chụp ảnh bức xạ chỉ có thể được kiểm tra từ hai phía vì thiết bị được sử dụng trong chụp ảnh bức xạ chỉ có thể được sử dụng theo các hướng cụ thể. Các mẫu có khuyết tật định hướng song song với bề mặt vật liệu và các khuyết tật ở góc cạnh thì khó hoặc khó có thể phát hiện được bằng thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ.
- Tia X và tia Gamma là những tia có khả năng xuyên thấu cực mạnh trong phổ điện từ. Những tia này có thể tương tác và xuyên qua quần áo, nhựa, mô người, v.v. Do đó, cần thực hiện các biện pháp bổ sung để bảo vệ người vận hành và công nhân ở khu vực lân cận máy thử nghiệm nhằm đảm bảo an toàn cho họ. Việc thiếu quan tâm đến các biện pháp như vậy có thể dẫn đến thiệt hại lâu dài cho con người ở gần máy kiểm tra chụp ảnh phóng xạ.
- Thiết bị kiểm tra chụp ảnh phóng xạ được thiết kế để thực hiện phân tích bằng cách sử dụng các sóng có độ xuyên thấu cao như tia X và tia Gamma, do đó thiết bị và thiết bị ngoại vi rất đắt tiền. Độ sâu của dấu hiệu khó có thể suy ra từ kết quả kiểm tra chụp X quang. Sóng chụp ảnh bức xạ tới phải được định hướng theo góc của các điểm không liên tục, điều này sẽ dẫn đến kết quả thử nghiệm không phát hiện được các khuyết tật đó.
Từ khóa: tia X; tia Gamma; chụp ảnh bức xạ
– CMD&DND –
