Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹthuật sốtrong kiểm tra vật liệu

  BỘ CÔNG THƯƠNG ĐỀ ÁN “PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG BỨC XẠ VÀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂM 2020” BÁO CÁO Đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ KỸ THUẬT SỐ TRONG KIỂM TRA VẬT LIỆU Chủ nhiệm đề tài: Ngô Văn Trường- Trưởng phòng Hàn và NDT Đơn vị chủ trì: TRUNG TÂM HỖ TRỢ KỸ THUẬT AN TOÀN CÔNG NGHIỆP Địa chỉ: Số 91 đường Đinh Tiên Hoàng - quận Hoàn Kiếm- Tp. Hà Nội 9093 Hà nội, năm 2012 BỘ CÔNG THƯƠNG BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI THUỘC ĐỀ ÁN “PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG BỨC XẠ VÀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG CÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂM 2020” 1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu. 2. Cơ quan chủ trì: Trung tâm hỗ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp 3. Chủ nhiệm đề tài: Ngô Văn Trường 4. Thư ký đề tài: Nguyễn Thị Hồng Vân 5. Danh sách những người tham gia thực hiện: ¾ Ông Nguyễn Đăng Doanh KS Vật lý hạt nhân ¾ Ông Nguyễn Tiến Phong Ths Vật lý hạt nhân ¾ Ông Nguyễn Xuân Kiên Ths Vật lý hạt nhân ¾ Ông Vũ Văn Tiến Ths Vật lý hạt nhân ¾ Bà Võ Thị Anh Ths Vật lý hạt nhân Hà nội, năm 2011 i   TRUNG TÂM HỖ TRỢ KỸ THUẬT AN TOÀN CÔNG NGHIỆP __________________ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Hà nội, ngày 05 tháng 10 năm 2011 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. THÔNG TIN CHUNG 1. Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu Thuộc đề án “Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020” 2. Chủ nhiệm đề tài/dự án: Họ và tên: Ngô Văn Trường Ngày, tháng, năm sinh: 08-08-1978 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Cử nhân Công nghệ Hạt nhân Điện thoại: Tổ chức: 04 393 44140 Fax: 04 39365074 E-mail: .................................................... Tên tổ chức đang công tác: Trung tâm Hõ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp Địa chỉ tổ chức: Tầng 3 số 91 đường Đinh Tiên Hoàng- Hoàn Kiếm- TP. Hà nội 3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án: Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trung tâm Hõ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp Điện thoại: Tổ chức: 04 393 44140 Fax: 04 39365074 E-mail: .................................................... Địa chỉ: Tầng 3 số 91 đường Đinh Tiên Hoàng- Hoàn Kiếm- TP. Hà nội Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Đỗ Hữu Đông Số tài khoản: 301.01.052.02.12 Ngân hàng : Kho bạc Nhà nước quận Hoàn Kiếm- Hà nội Tên cơ quan chủ quản đề tài : Bộ Công Thương ii   II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN 1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án: - Theo Hợp đồng đã ký kết: từ 20/09/2010 đến 19/09/2011 - Thực tế thực hiện: từ 20/09/2010 đến 19/09/2011 2. Kinh phí và sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 680 tr.đ, trong đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 680 tr.đ. + Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ. b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH: 1 Theo kế hoạch Thời gian Kinh phí (Tháng, (Tr.đ) năm) Năm 2010 300 Năm 2010 300 300 2 Năm 2011 Năm 2011 380 380 Số TT 380 Thực tế đạt được Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) Ghi chú (Số đề nghị quyết toán) c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Số TT Nội dung các khoản chi 1 Trả công lao động (khoa học, phổ thông) 2 Nguyên, vật liệu, năng lượng 3 Thiết bị, máy móc Theo kế hoạch Tổng 249.1 SNKH Nguồn khác 249.1 287.55 287.55 107.6 107.6 iii   Thực tế đạt được Tổng 249.1 SNKH Nguồn khác 249.1 287.55 287.55 107.6 107.6 4 Xây dựng, sửa chữa nhỏ 5 Chi khác Tổng cộng 35.75 35.75 35.75 35.75 680 680 680 680 3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án: (Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện... nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh ... nếu có) Số TT Số, thời gian ban hành văn bản Tên văn bản 1 Số 2078/QĐ-BCT, ngày 29/4/2009 Quyết định phê duyệt Đề án phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020 2 Số 1189/QĐ-BCT ngày 10/3/2010 Quyết định về việc phê duyệt kế hoạch phân bổ kinh phí thực hiện các đề tài năm 2010 thuộc “Kế hoạch tổng thể thực hiện chiến lược ứng dụng năng lượng vì mục đích hoà bình đến năm 2020” thực hiện đề án “Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020” 3 Số 4373/QĐ-BCT, ngày 19 tháng 8 năm 2010 Quyết định về việc giao nhiệm vụ khoa học công nghệ năm 2010 thuộc “Kế hoạch tổng thể thực hiện chiến lược ứng dụng năng lượng vì mục đích hoà bình đến năm 2020” thực hiện đề án “Phát triển ứng dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020” 4 Số 5027/QĐ-BCT ngày 28/9/2010 Quyết định về việc bổ sung dự toán ngân sách nhà nước năm 2010 iv   Ghi chú 4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án: Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Tên tổ chức đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt được 1 Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Nghiên cứu chuyên đề, thực nghiệm công tác thí nghiệm Báo cáo chuyên đề, kết quả thí nghiệm 2 Công ty TNHH Dịch vụ kỹ thuật Việt nam Công ty TNHH Nghiên cứu Dịch vụ kỹ chuyên đề, thuật Việt nam thực nghiệm công tác thí nghiệm Báo cáo chuyên đề, kết quả thí nghiệm Nghiên cứu Trung tâm đánh giá không chuyên đề, phá huỷ (NDE) thực nghiệm công tác thí nghiệm Báo cáo chuyên đề, kết quả thí nghiệm Số TT 3 Ghi chú* - Lý do thay đổi (nếu có): Bổ sung đơn vị phối hợp thực hiện 5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án: (Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm) Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh Tên cá nhân đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chính Sản phẩm chủ yếu đạt được Báo cáo tổng kết, kết quả thử nghiệm, cơ sở dữ liệu 1 Ngô Văn Trương Ngô Văn Trường Thực hiện tất cả các nội dung, các thí nghiệm liên quan đến đề tài 2 Nguyên Đăng Doanh Nguyễn Đăng Doanh Nghiên cứu, phân tích, Báo cáo đánh giá, tiến hành các chuyên đề, kết thí nghiệm của đề tài quả thử và soạn thảo quy trình v   Ghi chú* kiểm tra 3 Võ Thị Anh Võ Thị Anh Báo cáo Hệ thống các cơ sở dữ chuyên đề, kết liệu hạt nhân, biên quả thử soạn tài liệu hướng dẫn nghiệm 4 Vũ Văn Tiến Vũ Văn Tiến phân tích, đánh giá kết quả kiểm tra, tiến hành các thí nghiệm, cán bộ thực hiện các biện pháp, kỹ thuật an toàn phóng xạ. Báo cáo chuyên đề, kết quả thử nghiệm 5 Đào Duy Dũng Đào Duy Dũng Nghiên cứu, tập hợp dữ liệu, phân tích, đánh giá, tiến hành các thí nghiệm biên soạn tài liệu, hướng dẫn và soạn thảo quy trình kiểm tra. Báo cáo chuyên đề, kết quả thử nghiệm 6 Đặng Ngọc Thuấn 7 Nguyễn Văn Phóng 8 Nguyễn Thị Hồng Vân Nguyễn Thị Hồng Vân Cơ sở dữ liệu Thư ký đề tài 9 Nguyễn Tiến Phong Nghiên cứu, tập hợp dữ liệu, phân tích, đánh giá, tiến hành các thí nghiệm biên soạn tài liệu, hướng dẫn và soạn thảo quy trình kiểm tra. Báo cáo chuyên đề, kết quả thử nghiệm 10 Nghiên cứu, tập hợp Nguyễn Xuân Kiên dữ liệu, phân tích, đánh giá, tiến hành các thí nghiệm biên soạn tài liệu, hướng dẫn và Báo cáo chuyên đề, kết quả thử nghiệm vi   nghiệm soạn thảo quy trình kiểm tra. - Lý do thay đổi ( nếu có): 6. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Thực tế đạt được (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) 1 Phương pháp chụp X-quang kỹ thuật số- Kỹ thuật của thế kỷ 21, 16/12/2010, Cục kỹ thuật an toàn và môi trường công nghiệp Phương pháp chụp Xquang kỹ thuật số- Kỹ thuật của thế kỷ 21, 16/12/2010, Cục kỹ thuật an toàn và môi trường công nghiệp 2 Báo cáo kết quả đánh giá kỹ thuật RT-D và RT-F, ngày 10/8/2011, Cục kỹ thuật an toàn và môi trường công nghiệp Báo cáo kết quả đánh giá kỹ thuật RT-D và RT-F, ngày 10/8/2011, Cục kỹ thuật an toàn và môi trường công nghiệp Ghi chú* - Lý do thay đổi (nếu có): 7. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu: (Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài) Thời gian Số TT Các nội dung, công việc chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) (Bắt đầu, kết thúc - tháng … năm) Theo kế hoạch 1 Nghiên cứu nguyên lý kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ Tháng 11/2010 vii   Người, cơ quan thực hiện Thực tế đạt được Tháng 11/2010 ISTC, NDE, ISTE thuật số dùng phim số hoá 2 Xây dựng quy trình kiểm tra chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số Tháng 12/2010 Tháng 12/2010 ISTC, NDE, ISTE 3 Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trên đối tượng cụ thể và đánh giá và phân tích kết quả thử nghiệm Tháng 4/2011 Tháng 4/2011 ISTC, NDE, ISTE 4 Đánh giá và so sanh RT-D và 4/2011 RT-F 4/2011 ISTC, NDE, ISTE 5 Xây dựng chương trình đào tạo chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số 5/2011 6/2011 ISTC, NDE, ISTE - Lý do thay đổi (nếu có): III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN 1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng TT chủ yếu Số Đơn vị đo Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt được 1 - Lý do thay đổi (nếu có): b) Sản phẩm Dạng II: Số TT 1 Tên sản phẩm Báo cáo Yêu cầu khoa học cần đạt Theo kế Thực tế hoạch đạt được Kết quả phân tích, đánh giá kỹ viii   Kết quả phân tích, đánh giá kỹ Ghi chú thuật thuật 2 Bộ tài liệu tham khảo Tài liệu đào tạo kỹ thuật Tài liệu đào tạo kỹ thuật 3 Quy trình công nghệ Các bước tiến hành, thông số kỹ thuật của quy trình Các bước tiến hành, thông số kỹ thuật của quy trình 4 Cơ sở dữ liệu Tài liệu tham Tài liệu tham khảo kỹ khảo kỹ thuật thuật - Lý do thay đổi (nếu có): c) Sản phẩm Dạng III: Yêu cầu khoa học Số TT Tên sản phẩm cần đạt Theo Thực tế kế hoạch đạt được Số lượng, nơi công bố (Tạp chí, nhà xuất bản) 1 - Lý do thay đổi (nếu có): d) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế Số TT Tên kết quả đã được ứng dụng Thời gian Kết quả sơ bộ 1 Quy trình công nghệ chụp ảnh bức xạ kỹ thuật số 4/2011 Nhà máy điện đạm Bà Rịa, Tp. Vũng tàu 2 Đánh giá và so sánh RT-D và RT-F 8/2011 Công ty TNHH Đúng yêu cầu Quốc Huy của nhà chết tạo ix   Địa điểm (Ghi rõ tên, địa chỉ nơi ứng dụng) Được đơn vị GS chấp nhận 2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại: a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ: (Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ so với khu vực và thế giới…) - Nhận thấy sự phát triển khoa học và trình độ nghiên cứu của các nước trên thế giới - Tạo điều kiện nâng cao trình độ chuyên môn và công tác nghiên cứu của các cán bộ, cơ quan tham gia thực hiện đề tài b) Hiệu quả về kinh tế xã hội: (Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…) - Tạo hiệu ứng và thay đổi quan điểm trong công tác kiểm tra vật liệu để ứng dụng trong thực tế nhằm mục đích bảo vệ môi trương và an toàn bức xạ hạt nhân 3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án: Số TT I Nội dung Ghi chú (Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…) Báo cáo định kỳ Lần 1 II Thời gian thực hiện 6/12/2010 Đúng yêu cầu trong hợp đồng và tiến độ theo thuyết minh đề tài 20/8/2011 Đạt yều cầu theo thuyết Kiểm tra định kỳ Lần 1 …. III Nghiệm thu cơ sở x   minh đề tài và hợp đồng đã được duyệt Chủ nhiệm đề tài (Họ tên, chữ ký) Thủ trưởng tổ chức chủ trì (Họ tên, chữ ký và đóng dấu) xi   MỤC LỤC TT Nôi dung Trang MỞ ĐẦU 1 PHẦN I: TỔNG QUAN 3 1. Tình hình trong và ngoài nước 3 2. Mô hình tổng quan chụp ảnh phóng xạ số 4 PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ KỸ THUẬT SỐ SỬ DỤNG TẤM ẢNH IP 7 1. Cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số 7 1.1 Nguyên lý tạo ảnh 7 1.2 Cơ chế đọc ảnh 8 1.3 Phân loại tấm ảnh IP 10 2. Xây dựng qui trình và tiến hành thử nghiệm trên đối tượng cụ thể 14 2.1 Xây dựng qui trình kiểm tra 14 2.2 Thử nghiệm trên sản phẩm kim loại 23 2.3 Thử nghiệm trên sản phẩm phi kim loại 48 3. So sánh và đánh giá ưu nhược điểm của RT-D và RT-F 50 KẾT LUẬN 57 LỜI CẢM ƠN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 61 xii   NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI 1. TCVN: Tiêu chuẩn Việt nam 2. ISO: International Standardization Organization (Tổ chức tiêu chẩn Quốc tế) 3. EN: Tiêu chuẩn Châu âu 4. ASTM: Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa kỳ 5. ASME: Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa kỳ 6. NDE: Kiểm tra không pháp huỷ 7. SWSI: Single Wall Single Image (Kỹ thuật đơn thành đơn ảnh) 8. DWDI: Double Wall Double Image (Kỹ thuật hai thành hai ảnh) 9. SDWDI: Super Double Wall Double Image (Kỹ thuật chồng ảnh) 10. DDA: Digital Detector Array (Dãy đầu đo số) 11. SNR: (Tỉ số tín hiệu trên nhiễu) 12. IP: Image plate (Tấm ảnh) 13. IQI: Chỉ thị chất lượng ảnh 14. RT-F: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim truyền thống 15. RT-D: Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số. 16. FDD: Khoảng cách từ điểm hội tụ đến thiết bị nghi nhận 17. BOD: Nhu cầu ô xy hoá sinh hoá: Được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình ô xy hoá các chất ô nhiễm. 18. COD: Nhu cầu ô xy hoá hoá học: Là lượng ô xy cần thiết cho quá trình ô xy hoá học các chất ô nhiễm trong màu nước. 19. TSS: Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước. 20. T.N: Tổng Nitơ 21. T.P: Tổng phốt pho xiii   RT-D:2010 MỞ ĐẦU Phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số cũng tương tự như phương pháp chụp ảnh phóng xạ sử dụng phim truyền thống, sự khác biệt lớn nhất của hai kỹ thuật này ở phương thức thu nhận tia bức xạ sau khi đi qua đối tượng kiểm tra. Đối với kỹ thuật sử dụng phim truyền thống tia bức xạ sau khi đi qua mẫu vật được thu nhận bởi tấm phim x-quang và sau quá trình xử lý phim, hình ảnh của đối tượng kiểm tra trở lên nhìn thấy được. Đối với kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số tia bức xạ sau khi đi qua mẫu vật được thu nhận bằng nhiều cách khác nhau như thiết bị detector, tấm phát quang hay tấm tạo ảnh phot pho (tấm ảnh IP), sau quá trình ghi nhận này thông tin về mẫu vật kiểm tra được chuyển sang dạng số hóa và sử dụng máy tính để hỗ trợ đánh giá và giải đoán hình ảnh. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ sử dụng tấm phim IP là kỹ thuật tiên tiến so với phương pháp chụp phim truyền thống. Trong phương pháp này quá trình thu nhận tia bức xạ, quá trình thu nhận kết quả và biểu diễn hình ảnh được bổ sung các công cụ mới về kỹ thuật điện tử, cơ khí và sự trợ giúp của máy tính nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác giải đoán, đánh giá hình ảnh. Ngoài ra kỹ thuật chụp phóng xạ dùng tấm ảnh IP có thuận lợi trong việc lưu trữ, xử lý, ứng dụng công nghệ thông tin trong việc truyền tải dữ liệu trên toàn cầu. Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trong kiểm tra vật liệu” được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ khoa học và công nghệ năm 2010 thuộc Đề án “Phát triển bức xạ và đồng vị phóng xạ trong công nghiệp đến năm 2020” với mục tiêu như sau. ¾ ¾ ¾ ¾ Mục tiêu đề tài: Phát triển công nghệ chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số vào Việt nam Xây dựng quy trình chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ số trên một số đối tượng cụ thể Đánh giá về kỹ thuật, an toàn phóng xạ, vấn đề môi trường và khả năng áp dụng. ¾ Đào tạo kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số Trang 1 RT-D:2010 Nội dung nghiên cứu: 1. Nghiên cứu cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số - Nghiên cứu nguyên lý tạo ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số - Nghiên cứu và tìm hiểu cơ chế quét ảnh trong kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ số - Phân loại tấm ảnh thu nhận bức xạ IP 2. Xây dựng quy trình kiểm tra và thử nghiệm - Nghiên cứu và xây dựng quy trình kiêm tra vật liệu - Thử nghiệm chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số trên một số đối tượng cụ thể như mối hàn dạng tâm, dạng ống, loại sản phẩm đúc, vật liệu bê tông, vật liệu nhựa. 3. - Đánh giá và so sánh kỹ thuật RT-D và RT-F So sánh và đánh giá về mặt kỹ thuật Đánh giá về khả năng ứng dụng Đánh giá về an toàn bức xạ, bảo vệ môi trường Đáng giá về vấn đề tài chính 4. Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo kỹ thuật viên chụp ảnh phóng xạ số - Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo RT-D - Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo RT-D cho các kỹ thuật viên đã được chứng nhận RT-F - Xây dựng cơ sở dữ liệu đào tạo thực hành cho kỹ thuật viên RT-D Thời gian thực hiện của đề tài: 12 tháng từ tháng 10/2010 đến 9/2011 Đơn vị thực hiện: Trung tâm hỗ trợ Kỹ thuật An toàn Công nghiệp- Cục Kỹ thuật An toàn và Môi trường Công Nghiệp Kinh phí thực hiện đề tài: 680 triệu vnđ Trang 2 RT-D:2010 PHẦN I: TỔNG QUAN 1. Tình hình trong và ngoài nước Hiện nay với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển bùng nổ các thiết bị kỹ thuật số đã tạo ra những thuận lợi và ứng dụng ngày càng sâu rộng hơn phụ vụ lợi ích của con người. Do vậy phương pháp chụp ảnh phóng xạ trong công nghiệp cũng được nghiên cứu ứng dụng cho kiểm tra vật liệu theo mục tiêu kỹ thuật số hóa các kết quả kiểm tra để phụ vụ cho công tác đánh giá chất lượng sản phẩm ngày càng thuận lợi hơn. Đối với phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đã được nghiên cứu và phát triển từ cuối thế kỷ trước và đầu thế kỷ 21 ở Mỹ, Viện BAM của Đức, IAEA và tổ chức ISO. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số cũng giống như phương pháp chụp ảnh thông thường, tuy nhiên sự khác biệt lớn nhất của hai kỹ thuật này là phương thức ghi nhận tia bức xạ. Với phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số đã làm thay đổi cách xử lý và biểu diễn kết quả kiểm tra. Những thuận lợi của phương pháp chụp ảnh phóng xạ số so với chụp ảnh phóng xạ thông thường được thể hiện qua một số thống kê dưới đây. ¾ Không dùng hóa chất xử lý phim, phòng tối và thiết bị phòng tối ¾ Khả năng lưu trữ dữ liệu tốt hơn, có thể kế nối dữ liệu trên toàn cầu, vấn đề hội chẩn hình ảnh được thực hiện dễ dàng. ¾ Công cụ đo chiều sâu bất liên tục, chiều dày vật liệu, đánh giá độ ăn mòn kim loại ¾ Thay đổi độ tương phản của ảnh chụp, lọc màu, điều chỉnh cấp độ màu giúp cho công tác giải đoán hình ảnh dễ dàng hơn. Ở Việt Nam các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) nói chung và kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ nói riêng được ứng dụng từ những năm 1980 cho đến nay. Các kỹ thuật này thực sự phát triển rộng khắp trên toàn lãnh thổ và ở hầu hết tất cả các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, các nhà máy. Các kỹ thuật NDT cũng đã góp phần mang lại những hiệu quả nhất định cho nền kinh tế, đặc biệt các kỹ thuật này thực sự không thể thiếu trong các quá trính chế tạo, lắp đặt cũng như trong quá trình bảo dưỡng bảo trì, đánh giá hư hỏng của các sản phẩm và các công trình công nghiệp. Trang 3 RT-D:2010 Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ kỹ thuật số (các đầu dò nhậy, thiết bị thu nhận và tích luỹ ảnh) và các phần mềm xử lý, biểu diễn ảnh đã mạng lại nhiều lợi ích và tiện nghi cho người sử dụng. Ở Việt Nam sự phát triển và ứng dụng phương pháp này mới chỉ dừng lại trong phạm vi mua sắm thiết bị, còn việc triển khai và ứng dụng thực sự còn hạn chế chưa khai thác hết những ưu điểm của phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số mang lại do nhiều nguyên nhân khác nhau. Do vậy sự cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng và triển khai kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số vào Việt nam trong các lĩnh vực như năng lượng, kết cấu, giao thông và dự án Điện hạt nhân trong tương lai để mang lại hiệu quả tốt hơn với mục đích bảo đảm chất lượng, bảo vệ môi trường, an toàn bức xạ. Hy vọng rằng kết quả của đề tài sẽ tạo ra một cuộc “cách mạng” trong việc sử dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ kỹ thuật số ở Việt nam. Trang 4 RT-D:2010 PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRONG KIỂM TRA VẬT LIỆU CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ TRUYỀN THỐNG 1.1- Cơ sở vật lý của kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ 1.1.1- Nguồn gốc của bức xạ tia X và tia Gamma Nguồn gốc tia X: Năm 1895 Roentgen đã phát hiện ra bức xạ tia X trong lúc nghiên cứu hiện tượng phóng điện qua không khí, trong thời gian thí nghiệm ông đã chụp được một số hình ảnh của các vật thể khác nhau như hộp chứa các quả cầu, một khẩu súng ngắn. Những bức ảnh này đã đánh dấu sự ra đời của phương pháp chụp ảnh bức xạ. Năm 1913 Collidge đã thiết kế một ống phát bức xạ tia X năng lượng cao có mức độ xuyên thấu lớn hơn. Ngày nay khoa học đã chứng minh bức xạ tia X được sinh ra từ bên ngoài hạt nhân nguyên tử do các electron chuyển động tới tương tác với phần tử làm bia, các electron chuyển động này bị hãm lại từ từ hoặc một cách đột ngột chúng mất đi phần động năng ban đầu, phần động năng này được chuyển thành nhiệt năng hoặc phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ tia X. Ngoài ra tia X cũng có thể được sinh ra khi electron có năng lượng đủ lớn làm bứt electron ở lớp vỏ nguyên tử bia, nguyên tử sau đó trở nên không bền vững và các electron khác trong cùng nguyên tử nhảy vào lấp chỗ trống các electron này sẽ mất một phần năng lượng bằng cách phát ra một lượng tử bức xạ, lượng tử này được gọi là tia X đặc trưng. Năm 1930 hải quân Mỹ đồng ý dùng phương pháp chụp ảnh phóng xạ để kiểm tra các mối hàn của nồi hơi được lắp đặt trên tàu thủy sau đó phương pháp này được phát triển rộng khắp trong lĩnh vực hàng không, các nhà máy điện, lĩnh vực luyện kim, lĩnh vực dầu khí v v. Nguồn gốc tia Gamma: Bức xạ gamma là một loại bức xạ điện từ chúng được phát ra từ bên trong hạt nhân nguyên tử do quá trình dịch chuyển trạng thái của hạt nhân nguyên tử từ trạng thái kích thích về trạng thái bền vững hơn. Bức xạ gamma được dùng trong chụp ảnh phóng xạ chủ yếu là bức xạ gamma phát ra từ các đồng vị phóng xạ nhân tạo như Cobalt-60, Iridium-192, Cesium-137, Thulium-170. 1.1.2- Tương tác của bức xạ với vật chất Xét một chùm tia bức xạ đi qua vật liệu có chiều dày là t thì một số tia có thể đi qua được toàn bộ chiều dày, một số tia bị hấp thụ hoặc bị tán xạ theo nhiều hướng khác nhau do đó cường độ tia bức xạ sẽ bị suy giảm một phần. Sự suy giảm của chùm tia bức xạ phụ thuộc vào năng lượng của tia bức xạ, loại vật liệu, mật độ và Trang 5 RT-D:2010 chiều dày của vật liệu mà chúng xuyên qua. Cường độ bức xạ sau khi đi qua chiều dầy t vật liệu là I=I0 x e-µt (xem hình I.1). Trong đó µ được gọi là hệ số hấp thụ tuyến tính, I0 là cường độ bức xạ ban đầu. Hệ số µ là một hàm số của các tham số chính là năng lượng của tia bức xạ, chiều dày, mật độ và loại vật liệu. Có ba hiệu ứng cơ bản làm suy giảm cường độ của chùm tia tới sau khi đi qua vật liệu đó là: Hiệu ứng hấp thụ quang điện, hiệu ứng tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. Để tính toán cho các hiệu ứng trên thì giá trị hấp thụ tuyến tính có thể được biểu diễn như sau: µ=(τ+σ+κ). Trong đó τ là hệ số suy giảm do sự hấp thụ quang điện, σ là hệ số suy giảm do sự tán xạ Compton và κ là hệ số suy giảm do sự tạo cặp. Các hệ số suy giảm này được thể hiện qua các nội dung dưới đây. Hình 1: Quá trình hấp thụ bức xạ của vật liệu a) Hiệu ứng quang điện - Trong quá trình xảy ra hiện tượng hấp thụ quang điện, bức xạ tia X hoặc tia gamma truyền toàn bộ năng lượng của chúng cho một electron nằm ở lớp vỏ trong cùng của một nguyên tử để bứt electron này ra khỏi nguyên tử và truyền cho electron một động năng nào đó (hình I.2). Trong quá trình này, bức xạ tia X hoặc tia gamma biến mất, hạt electron được bứt ra khỏi nguyên tử được gọi là quang electron. Bức xạ tia X đặc trưng e- Quang electron Chùm bức xạ tia tới Hình 2: Sự hấp thụ quang điện Trang 6