اصول و کاربرد تست رادیوگرافی در صنعت

 

 

 

 

 

 

 

 

دانشگاه اسلامی کار – واحد رفسنجان

گروه مهندسی مکانیک

 

 

پایان نامه تحصیلی

 

فهرست                                         صفحه

مقدمه                                                   5

چکیده                                                   4

تاریخچه رادیوگرافی                                      7   

اصول راد یوگرافی                                            8                          

خواص اصلی پرتوهای ایکس                                     10

پرتوهای گاما                                               11 

فرایند تولید  پرتوهای ایکس                                 12

منابع پرتو ایکس                                            17

خنک کردن اند                                               21

نقطه کانونی                                                23

مولد های ولتاژبالا                                                                                              33

دستگاههای تولیدپرتوایکس باانرژی بالا                        40 

تصویر تابشوتصویر فیلم                                      51               

پراکنش                                                     51

فیلترها                                                     57

صفحات فزونساز                                              60

ساختار یک فیلم پرتو ایکس                                   67

انواع فیلم                                                 70

فیلم خوانی                                                118

رادیوگرافی قطعات با ضخامت های مختلف                        120

رادیوگرافی قطعات ریختگی                                   123

نتایج وارائه پیشنهادات                                    128

مراجع                                                     129

 

 

 

 

 

 

 

چکیده :

رادیوگرافی صنعتی بیش از 40 سال است که بطور مداوم و یکنواخت در حال توسعه است و تنها آزمایش رادیوگرافی و فراصوتی هستند که می توان به کمک آنها عیوب را در هر کجا از حجم قطعات سنگین و بزرگ تشخیص داده در این پروژه در ابتدا با تاریخچه واصول رادیوگرافی آشنا شوید بعد در مورد پرتوهای گاما که خواص فیزیکی مانند پرتوهایX دارندو از تابش های الکترومغناطیس هستند در مورد کیفیت پرتوهای ایکس و گاما بحث شده است در مورد منابع پرتو ایکس که در این مورد دستگاه معمولی پرتو X از یک محفظه شیشه ای تحت خلاء بالا که آند ، کاتد و متعلقات مربوط به درون آن جا گرفته تشکیل شده است این پروژه به منظور ارائه بیان فیزیکی رادیوگرافی صنعتی در

جهت کمک به استفاده کنندگان در راستای درک تکنیک ها و انتخاب صحیح روش ها به خصوص آگاهی کافی دانشجویان از تست غیر مخرب رادیوگرافی می باشد .

مقدمه :

قبل از شروع شرح تفصیلی مبانی ، اصول و کاربرد رادیوگرافی در صنعت سودمند خواهد بود که توضیحاتی در خصوص توانایی های ذاتی و محدودیت های بررسی غیر مخرب به ویژه در رابطه با تشخیص عیوب ارائه  گردد .

اگر چه بیشتر روشهای غیر مخرب برای کاربردهای دیگری به جز تشخیص عیوب همانند کنترل صحت ساخت مجموعه ها ، اندازه گیری فضای بین آنها ، اندازه گیری ضخامت قطعه وپوشش آن نیز بکار برده می شوند ولی استفاده از آن جهت تشخیص عیوب در فلزات و غیر فلزات به ویژه در مقاطع جوشکاری شده بیشترین کاربری را دارا می باشد .

هر روش NDT مزایا و معایب خاص خود را دارد هیچ روشی به تنهایی قادر به تشخیص تمامی عیوب در نمونه نیست ، از میان آزمایشهای غیر مخرب رادیوگرافی و فراصوتی روش هایی هستند که به طور گسترده به منظور تشخیص عیوب در سازه ها مانند جوشکاری بکار گرفته شوند و توجهات زیادی به منظور مقایسه توانایی های آنها بکار رفته تا بتوان در هنگام بازرسی قطعات و تجهیزات انتخاب درستی از هر روش بعمل آورده متاسفانه این دو روش از اصول متفاوتی برخوردار هستند و این موضوع سبب بروز مشکلاتی در مقایسه آنها می گردد. علاوه بر این بر روی هر دو روش عواملی چون احتمالات و مهارت های تفسیر نیز نقش بسیار مهمی دارند. در ابتدا بین عبارات «تشخیص داده نشده» و «نمی توان تشخیص داد» تفاوت قائل شد در همه روش های NDT از جمله رادیوگرافی امکان غلط تفسیر کردن تصویر وجود دارد. علاوه بر این تکنیکهای نادرست در هر دو روش NDT توانایی تشخیص را تضعیف می کند نکته دیگر در مورد توانایی و محدودیت های این است که رادیوگرافی قادر به نمایش تصویر عیوب است ، نوع عیب را می توان به سرعت تشخیص داد (که آیا ترک است) یا حفره های گازی یا آنال های سرباره ای یا غیره) و می توان به سادگی طول و عرض عیوب را اندازه گرفت اما پارامتری که نمی توان اندازه گرفت عمق عیب است .  در روش فراصوتی طول و ارتفاع عیب را می توان تشخیص داده همچنین ضخامت های زیاد و ترک های ریز و پرپیچ و خم را می توان به راحتی بررسی نمود . اما ماهیت عیب را نمی توان تشخیص داد . نکته مثبت مشترک در دو روش این است که نتایج سنجش را بصورتی که بتوان برای همیشه حفظ کرد می شود ثبت نمود .

تاریخچه و اصول رادیوگرافی

تاریخچه رادیوگرافی

پرتو های x در شب 8 نوامبر 1895 بوسیله و-س-رونتگن هنگامیکه در تاریکی صفحه فلورسنت مشاهده شد کشف گردید. رونتگن دریافت که پرتوهای x می تواننداز کتاب و لایه نارک آلومینیم عبور کنند و چنانچه از یک صفحه با پوشش پلاتینو سیانیدنیدباریم استفاده کند می تواند استخوانهای دستش را بر روی صفحه یاد شده ظاهر کند.

بدین طریق اولین رادیوگرافی از استخوانهای دست او انجام شد.

در سال بعد (1896) ه. بکرل هنگامی که دریافت بعضی از سنگ ها صفحات فتوگرافی محافظت شده از نور را سیاه کرده اند، اشعه گاما را کشف کرد.

در سال 1898 ماری کوری و یپرکوری کلرایدرادیوم درا از سنگ معدن اورانیوم پیچ بلند یا اورانیت، استحصال نمودند و بالاخره دستگاه اشعه x که تا به امروز استفاده می شود در سال 1913 توسط ویلیام کولریج به ثبت رسید.

در سال های 1910 تا 1915 مشخص گردید که تابش پرتو سبب آسیب دیدگی افرادی که با آن سروکار دارند می گردد و از این رو کمیته رادیوم افتتاح و آغاز بکار کرد.

در دهه 1920 تا 1930 کمیته رادیوم به یک کمیسیون بین المللی حفاظت رادیولوژی و آشکار سازی اشعه ساختند.

در سال های 1970 دستگاههای پرتو x با نقطه کانونی میکروسکوپی، صفحات فلورومتالیک و بکارگیری کامپیوتر ها به منظور فزون سازی تصویر مطرح گردید.

اصول رادیوگرافی

در رادیوگرافی صنعتی، روش معمول برای تهیه یک پرتونگاشت عبارت است از بکارگیری یک چشمه با پرتو های نافذ نظیر x و یا در یک سمت قطعه و در سمتی دیگر قرار دادن آشکار ساز و یا ثبات پرتو ها (فیلم) (شکل 1). انرژی پرتو های تابشی بایستی آنقدر باشد که مقدار قابل ملاحظه آن از قطعه عبور کند و به آشکار ساز برسد.

در اینجا آشکار ساز عبارت است از یک ورقه فیلم که در یک پوشش غیر قابل نفوذ از نور دیا در یک نگهدارندخ فیلم که ضخامت صفحه جلویی آن ناچیز می باشد قرار گرفته است به گونه ای که صفحه جلویی اجازه عبور پرتو های X و یا  را می دهد.

چشمه تابش از نظر فیزیکی ابعاد کوچکی دارد (به قطر چند میلیمتر) و پرتو های X از چشمه تا نمونه مسیر مستقیمی را طی می کنند و همین موضوع سبب می گردد که تصویری آشکار از عیوب، لبه های قطعه و یا ناپیوستگی های نمونه روی فیلم ظاهر شود. این شکل گیری تصویر هندسی به درستی مشابه تشکیل سایه با استفاده از منبع نور قابل رویت می باشد و وضوح تصویر همچون نور بستگی دارد به قطر چشمه تابش و فاصله آن تا سطحی که روی آن تصویر شکل می شود.

به طور کلی فیلمی که در نگهدارنده اش قرار گرفته است به درستی در پشت قطعه مورد رادیوگرافی به حالت چسبیده قرار می گیرد و به دنبال آن دستگاه پرتو X در وضعیت روشن قرار داده می شود و برای مدتی عمل پرتو دهی (تحت عنوان زمان پرتو دهی) انجام می گیرد. پس از اتمام پرتو دهی فیلم از پشت قطعه برداشته می شود و در تاریکخانه از داخل پوشش یا نگهدارنده خارج می شود و سپس عمل فرآوری فیلم شامل ظهور و ثبوت، شستشو و خشک کردن بر روی آن انجام می گیرد.

شکل (1) شمای کلی رادیوگرافی

 

خواص اصلی پرتوهای X

پرتو های X دارای خواصی به شرح زیر می باشند:

1-    نامرئی هستند

2-    مستقیم و با سرعت نور حرکت می کنند.

3-    پرتو های x را نمی توان بوسیله منشور یا عدسی و یا میدان های مغناطیسی یا الکتریکی تغییر مسیر داد.

4-  پرتو های x از مواد عبور می کنند و در هنگام عبور بخشی از آنها جذب ماده می گردند. میزان نفوذ پرتو ها بستگی به نوع آن، ماده و انرژی پرتو های x تابشی دارد.

5-  پرتو های تابشیx یونیزه کننده هستند، به این مفهوم که سبب آزاد شدن الکترون ها در ماده می گردند. مایعات و جامدات را می توان یونیزه کرد ولی برای مدت طولانی نمی توان آنها را در این حالت نگه داشت در صورتی که گازهای یونیزه شده برای مدت طولانی تری پایداری خود را حفظ می کنند و از این رو در ساخت دستگاههای اندازه گیری اشعه xو  استفاده می شوند.

6-    پرتو های x می توانند سبب آسیب دیدن و انهدام سلول های زنده پ.ست و خون گردند.

7-    بر روی ماده امولسیون فیلم اثر فتوگرافی دارند و در بعضی مواد اثر فلورسنت ایجاد می کنند.

8-    از قانون عکس مربعها پیروی می کنند.

9-    پرتو های x در هنگام عبور از بدن انرژی بر روی حواس انسان نمی گذارند.

10- پرتوهای x ممکن است با پدیده پراکنش، بازتابش، شکست و پراش روبرو گردند که پدیده پراش در اثر برخورد پرتو کم انرژی (5تا 50kev) با شبکه های کریستالی بوجود می آید و می توانند سبب پیدایش نقاط سیاهی بر روی پرتونگاشت گردد.

پرتوهای گاما ( Ray-)

پرتوهای گاما دقیقاً خواص فیزیکی مشابه با پرتو های X دارند و از تابش های الکترومغناطیس هستند. منتها این نوع پرتوها را بوسیله دستگاههای الکتریکی تولید نمی کنند بلکه از واپاشی هسته های اتم های موجود در مواد رادیواکتیو حاصل می گردند. انرژی پرتوهای گاما انتشار یافته از یک ماده خالص رادیو را نمی توان کنترل نمودچرا که به نوع ماده رادیو اکتیو بستگی دارد) و چون نمی توان سرعت واپاشی یک ماده رادیواکتیو را تغییر داد نمی توان شدت آن را کنترل کرد.

پرتو های گاما نیز همانند پرتو های X طی عبور از ضخامت ماده بخشی از آنها جذب می شوند و از اینرو در تولید تصاویر رادیوگرافیک می توان از آنها بهره گرفت.

پرتو های گاما بطور معمول به صورت طیف منفرد انتشار میابند و عبارت از یک سری انرژی های محدود و مجزا از یکدیگر می باشند.

فرآیند تولید پرتو X

برای تولید پرتو X بایستی الکترون های تولید شده به وسیله فیلامان با سرعتی مناسب به رهدف برخورد نمایند. سرعت الکترون ها را اختلاف پتانسیل بین فیلامان و هدف تعیین می کند. اختلاف پتانسیل مورد نیاز در پرتو نگاری صنعتی بهطور متداول بین 60 تا 400 کیلووات می باشد که مقدارآن از نظر پرتو نگاران اهمیت ویژه ای دارد.

برخوردالکترون ها با هدف بر حسب نوع برخوردی که بین آنها و اتم های هدف بوجود می آید ممکن است سبب کاهش سرعت و یا توقف آنها گردد. هنگامیکه الکترون ها به هدف می رسند بر حسب کیلوولتاژ اعمالی بر دستگاه انرژی جنبشی مشخص دارند و هرچه ولتاژ اعمالی بیشتر باشد انرژی جنبشی آنها ینز بیشتر خواهد بود.

.موقعی که الکترونها در سطح هدف با سرعت روبرو می شوند و یا متوقف می شوند، بخشی از انرژی جنبشی خود را از دست می دهند. از آنجا که طبق قانون بقای انرژی در یک سیستم بسته نه انرژی بدست می آید و نه انرژی از بین می رود بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود، از این رو مقداری یا همه انرژی جنبشی الکترونها به اشکال دیگری از انرژی منجمله امواج الکترومغناطیس به شکل پرتو های X تبدیل می شود. همانگونه که قبلاً گفته شد، متاسفانه مقدار کمی از انرژی الکترونها به پرتو های X تبدیل می شود (در محدودهولتاژ مشخص شده حدود 1%) و بقیه آن تبدیل به نور و مقدار بسیار زیادی از آن تبدیل به گرما می شود.

مکانیسمی که به وسیله آن انرژی جنبشی الکترون ها به انرژی الکترومغناطیسی تبدیل می گردد در شکل (3-4) نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه می شود الکترون هایی که به سطح هدف (تنگستن) برخورد می کنند (-ve) به طرف بار مثبت هسته اتم های تنگستن (+ve) کشیده می شوند. لذا در بدورسیدن الکترون ها، یا سرعت آنها کم می شود و یا ترمز می شوند و بنابراین مقداری از انرژی جنبشی آنها به شکل دیگری تبدیل می شود.

این تبدیل انرژی به ایجاد ذرات در بسته های مجزا از هم به صورت انرژی الکترومغناطیسی منجر می گردد که به آنها فوتون می گویند. هرچه اثر ترمز کردن الکترون ها بیشتر باشد فتونهایی با انرژی بیشتر تولید می گردند. بنابراین الکترون هایی که نزدیک به تمامی سرعتشان را از دست می دهند یا کاملاً متوقف می گردند پرتو های بنابراین الکترون هایی که نزدیک به تمامی سرعتشان را از دست می دهند یا کاملاً متوقف می گردند پرتو های x با انرژی فوتونی زیادی تولید می کنند. آنها تعداد الکترون هایی که کاهش سرعتشان ناچیز است و انرژی از دست رفته آنها زیاد ینست سبب ایجاد گرما و تولید فوتون های کم انرژی بشکل نور می گردند. این شکل از پرتو تحت عنوان پرتو های ترمزی یا برمشترلانگ شناخته شده است.

یک الکترون که در برخورد با اتم های هدف کاملاً متوقف می شود تمامی انرژی جنبشی آن به شکل دیگری از انرژی تبدیل می گردد و سبب تولید فوتونی با بالا ترین انرژی و کوتاه ترین طول موج () تحت ولتاژ اعمال شده بر دستگاه می گردد. این انرژی حد کوانتم نامیده می شود. حد کوانتم از رابطه بدست می آید که در آن  بر حسب نامومترمی باشد.

شکل (2) چگونگی تبدیل انرژی جنبشی الکترونها به گرما و امواج الکترومغناطیس در اثر برخورد الکترون با اتمهای هدف

 

 

 

اثر ولتاژ بر روی طیف پرتو X

منحنی طیف پیوسته پرتوهای X (شدت پرتو ، طول موج) در شکل (3) آورده شده است . با افزایش kV سرعت الکترونها در تیوب بیشتر شده و لذا در برخورد با نقطه کانونی طول موج های کوچکتری تولید می شود و منحنی طیف به سمت چپ دستگاه مختصات منتقل خواهد شد .با کاهش kV عکس این موضوع اتفاق می افتد .

بنابراین افزایش kV دستگاه سبب تولید پرتوهای X با طول موج کوتاهتر و قدرت نفوذ بیشتر خواهد شد . علاوه بر کاهش طول موج افزایش kV سبب افزایش شدت پرتو نیز می گردد . منتها تناسبی در میزان افزایش شدت پرتو با افزایش kV وجود ندارد.

شکل (3) اثر تغییرات ولتاژ را بر روی طیف پیوسته پرتوهای X نشان می دهد .

شکل (3) اثر تغییر ولتاژ بر طیف پرتو X

 

اصولاً از ولتاژ زیاد برای قطعات ضخیم و یا پر دانسیته استفاده می شود . البته ناگفته نماند رادیوگرافی با استفاده از kV خیلی زیاد تباین کمتری برای هر نقطه نسبت به موقعیکه با kV پایین رادیوگرافی می شود حاصل می گردد .

بنابراین کیفیت تابش (قدرت نفوذ آن) بر حسب ولتاژ اعمالی بر دستگاه پرتو X قابل تغییر می باشد .

جدول زیر ماکزیمم کیلوولتاژ دستگاه های پرتو X را بر حسب ضخامت حدودی قطعات و جنس آنها مشخص می کند .

جدول زیرولتاژ مورد نیاز برای کاربردهای مختلف بر حسب ضخامت

اثر شدت جریان دستگاه

تغییرات شدت جریان در داخل تیوب دستگاه توسط تغییرات شدت جریان اعمالی بر روی فیلامان دستگاه فراهم می گردد و مقدار تابش تابعی از مقدار جریان عبوری از دستگاه می باشد . این جریان بر حسب میلی آمپر بیان می گردد و مقدار آن در دستگاه های متعارف رادیوگرافی حداکثر حدود 20mA می باشد. اثر شدت جریان تیوب بر روی منحنی طیف پیوسته پرتوهای X تحت ولتاژ ثابت در شکل (4) مشاهده می شود . در یک ولتاژ ثابت افزایش شدت جریان با افزایش مقدار پرتو متناسب است . بطور مثال اگر جریان را دو برابر کنیم مقدار شدت پرتو نیز دو برابر می شود .

شکل (4) اثر شدت جریان بر طیف پرتو X

 

بر اساس آنچه بیان گردید اثر ولتاژ و شدت جریان بر روی تابش به اینگونه است که ولتاژ، کیفیت تابش (قدرت نفوذ) و میلی آمپر مقدار تابش را مشخص می کند .

منابع پرتو x

دستگاه معمولی پرتو x از یک محفظه شیشه ای تحت خلاء بالا که آند، کاتد و متعلقات مربوطه در درون آن جا گرفته تشکیل شده است (شکل 5). کاتد سیمی است که با عبور جریان چند میلی آمپری از آن تابان می گردد و از خود الکترون هایی انتشار می دهد به این رشته سیم فیلامان نیز می گویند. در اثر ایحاد اختلاف پتانسیل بین کاتدو آند (ولتاژ اعمال شده بر دستگاه) الکترونها از کاتد به طرف آند کشیده می شوند.این سیل الکترون ها توسط یک سیلندر یا بشقابک همگرا کننده به یک دسته الکترون فشرده شده تبدیل می گردد. متعلقات آنداز یک منطقه یا نقطه ذوب بالا به نام هدف تشکیل شده است که بر روی بدنه آند جا گرفته است. الکترون های شتاب داده شده که از فیلامان داغ شده انتشار یافته اند هنگام برخورد به هدف تولید پرتو هایx می نمایند. هر چه عدد اتمی فلزی که الکترون ها با آن برخورد می کنند بیشتر باشد و هرچه سرعت الکترون ها زیاد تر باشد انرژی پرتو های x تولید شده و قدرت نفوذ آنها زیاد تر خواهد بود.

شکل (5) محفظه شیشه ای تیوب اشعه X

 

به طور معمول هدف را از جنس تنگستن انتخاب می کنند . علت این موضوع از یک طرف بخاطر عدد اتمی بالای این عنصر و از طرف دیگر بخاطر نقطه ذوب بالای آن (حدود 3400 درجه سانتیگراد) می باشد.

بکارگیری ماده با نقطه ذوب بالا ضروری می باشد چرا که هنگام تولید اشعه X بخش عمده ای از انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده به حرارت تبدیل می شودو هر چه الکترونهای تابشی به سطح کوچکتری ازهدف برخورد نمایند حرارت در آن نقطه بیشتر خواهد بود . فقط درصدی از انرژی جنبشی الکترونهای برخورد کننده صرف تولید پرتو X می شود (اگر ولتاژ اعمال شده بر روی دستگاه تولید پرتو X ، 30kV باشد 0.1% و اگر 200kV باشد %1 و اگر 30-40Mev باشد 40%) و بقیه انرژی جنبشی به حرارت تبدیل می گردد .

مشکلات تکنیکی ساخت بدنه شیشه ای تیوب دستگاه های X تحت ولتاژ بالا با هدف کارایی دراز مدت ، خیلی زیاد می باشد . بتدریج چنین تیوب های شیشه ای با تیوب های فلز – سرامیک با عایق هایی از جنس آلومین و بدنه فلزی جایگزین شده اند . همه این عوامل در کنار کابل ارتباطی با طرح جدید منجر به ساخت دستگاه های 420kV به طول 55 سانتیمتر و قطر 25 سانتیمتر و با وزن حدود 100 کیلوگرم شده است .

این نوع دستگاه ممکن است دو قطبی (وسط دستگاه به زمین وصل شده) یا تک قطبی (آند به زمین وصل شده) باشد . شکل (6) دستگاه های پرتو X از نوع دو قطبی و تک قطبی و آند سوراخدار را نشان می دهد .

شکل (6) انواع تیوب پرتو X

 

تیوب های پرتو X دو قطبی

مزیت تیوب های دو قطبی آن است که اختلاف پتانسیل آن نسبت به زمین بر سر آند و کاتد برابر است و معادل نصف ولتاژ دستگاه می باشد. این موضوع از نقطه نظر عایق کردن دستگاه کمک شایانی است . دریچه خروجی پرتو در این دستگاه ها به ناچار در وسط تیوب قرار می گیرد.

تیوب های دو قطبی معمولاً توسط هوا یا روغن سرد می شوند و برای محدوده ولتاژ 100 تا 420 کیلوولت و جریان تا 20 میلی آمپر طراحی شده اند .

بر حسب شکل آند این تیوب ها پرتو را به اشکال زیر تولید می کنند :

الف: یک دسته پرتو در یک جهت

ب: یک دسته پرتو تابشی مایل ، پانارامیک

ج: یک دسته پرتوتابشی تحت زاویه های عمود بر محور تیوب

همچنین تیوب پرتو X با دریچه بریلیمی وجود دارد که از این دریچه ها پرتوهای خیلی نرم عبور می کنند و برای پرتو افشانی تحت ولتاژهای 5 تا 20 کیلوولت بسیار مناسب می باشند .

تیوب های تک قطبی

در این تیوب ها آند به پتانسیل زمین وصل شده است و کاتد فقط اختلاف پتانسیل نسبت به زمین را دارا می باشد . بدین طریق از یک طرف عمل خنک کردن آند آسانتر و از طرف دیگر برای دستگاه های با ولتاژ کم یا متوسط فقط یک ژنراتور لازم است . خیلی از دستگاه های ویژه توضیح داده شده در قسمت های بعدی تک قطبی هستند .

خنک کردن آند

حرارتی که در نقطه تولید پرتو x بر روی هدف بوجود آید از مقدار قابل ملاحظه ای برخوردار است. از این رو آند بایستی بطریقی خنک شود. عمل خنک کردن آند به روش های مختلفی انجام می گیرد:

الف) خنک شدن به طریق تشعشع: آند که از یک بلوک تنگستن می باشد از طریق انتقال حرارت به صورت تشعش گرمای خود را از دست می دهد.

ب)خنک کردن از راه جابجایی: حرارت به وسیله دنباله مسی بزرگی که آند بر روی آن جا گرفته است خارج می گردد. انتهای این دنباله در داخل روغن و یا مایع عایق کننده غرق می گردد و به صورت جابجایی طبیعی یا جابجایی اجباری خنک می شود. به هر صورت جابجایی بدین روش تا حدودی سبب خنک کردن آند می شود ولی جوابگوی شدت فلاکس الکترونی زیاد در راستای تولید اشعه x نمی باشد، مگر اینکه استفاده از دستگاه x در یک زمان کوتاه و نه به صورت پیوسته انجام گیرد و در هر فاصله پرتو دهی اجازه داده شود که آند خنک شود.

ج) خنک کردن توسط سیال در حال چرخش: در اینجا حرارت با چرخش سیال در اطراف بدنه آند بیرون کشیده می شود. از آنجا که روغن عایق خوبی است لذا سیال بهتری برای دستگاههای دوقطبی که در آنها اساساً آند به زمین وصل شده است می باشد. اگر بجای روغن از آب استفاده شود مقدار حرارت خارج شده افزایش میابد، چرا که گرمای ویژه آب از روغن بیشتر است. از این رو آب خنک کننده بهتری نسبت به روغن می باشد.عمل چرخش سیال در هر حالت توسط پمپ انجام می گیرد.

د) در بعضی دستگاهها، عمل خنک کردن آند توسط گازهایی با گرمای ویژه زیاد انجام می یگرد. به این صورت که حرارت توسط گاز از آند گرفته می شود و سپس حرارت گرفته شده به بدنه دستگاه انتقال میابد و نهایتاً به هوای اطراف دستگاه پس داده می شود. در این شرایط گاز تحت فشار است و به سمت آند پمپ می شود. به هر صورت در دستگاههای تولید پرتو های x به دو دلیل محدودیت هایی در دامنه بار الکتریکی اعمال شده بر دستگاه بوجود می آید که یکی از آنها ناشی از نحوه انتقال حرارت آند به بیرون و دیگر ناشی از اندازه نقطه کانونی آند می باشد. از این رو یک حد اکثر جریان الکتریکی اعمالی بر دستگاه وجود دارد به گونه ای که هر دستگاه پرتوx را بتوان به طور پیوسته به کار گرفت. اگر برای زمان کوتاهی دستگاه به کار گرفته شود استفاده از جریان ماکزیمم بیشتر مجاز می باشد به شرط آنکه در فاصله هر عمل پرتودهی فرصت خنک شدم به آند داده شود.

نقطه کانونی

منطقه ای از آند که الکترونها به سطح آن برخورد نمایند را نقطه کانونی و یا کانون می نامند شکل (7) . از یک نظر خیلی مهم است که سطح کانون خیلی بزرگ باشد تا اینکه به طور موضعی گرمای بیش از حدی در آن بوجود نیاید و سبب آسیب دیدن آند نشود و همچنین انتشار حرارت در سطح آن خیلی سریع باشد . ولی از دیدگاه رادیوگرافی نقطه کانونی با مساحت هر چه کوچکتر مطلوبتر است . 

بارگیری کانونی عبارت است از میزان پذیرش بار الکتریکی نقطه کانونی بر حسب وات بر میلیمتر مربع (بطور مثال 200W/mm²) . بر روی نقاط کانونی کوچکتر بار نسبی بیشتری می توان اعمال کرد تا بر روی نقاط کانونی وسیعتر ، چرا که حرارت از مرکز نقطه کانونی به یک طریق در دو حالت به اطراف انتقال نمی یابد .

اندازه نقطه کانونی موثر

تصویر نقطه کانونی بر روی سطحی عمود بر محور دسته پرتو X را اصطلاحاً اندازه نقطه کانونی موثر یا اندازه کانون می نامند . به منظور دستیابی به حداکثر وضوح در تصویر رادیوگرافی بایستی تا حد ممکن کانون کوچک باشد . موارد زیر بر ابعاد نقطه کانونی حاکم می باشند .

1-    اندازه نقطه کانونی

2-    مقدار زاویه  (شکل7)

بایستی بیان نمود که در رادیوگرافی هرگاه صحبت از اندازه کانونی می شود بدون اینکه جزئیات بیشتر آورده شود منظور همان اندازه نقطه کانونی موثر می باشد که در شکل (7) مشخص گردیده است .

در عمل ، زاویه بین سطح هدف و محور دستگاه پرتو X را 70 درجه در نظر می گیرند و از اینرو اندازه نقطه کانونی موثر حدود 3/1 نقطه کانونی واقعی بدست می آید . دستگاه های پرتو X متداول از اندازه های نقطه کانونی 4*4mm تا 1*1mm برخوردار هستند.

شکل (7) اندازه نقطه کانونی موثر

انواع خاص دستگاه های پرتوX

دستگاه های تک قطبی با آند سوراخدار (شکل c6) معمولاً تحت عنوان دستگاه های آند میله ای شناخته شده اند . انتهای آند این دستگاه ها را می توان وارد لوله های با قطر بزرگ یا مخازن سیلندری نمود. چنین دستگاه هایی معمولاً دسته پرتو پانارامیک X را در زاویه 360 به طور کامل انتشار می دهند . لذا با یک عمل پرتو افکنی می توان از یک جوش محیطی در مخازن سیلندری و یا لوله ها رادیوگرافی نمود .

دو نوع طرح عمومی از آند یکی باآند مخروطی و دیگری با آند تخت در شکل (8) آورده شده است. در حالت آند مخروطی و یک پرتو الکترون مرکزی، مرکزیت میدان پرتو X صفحه ای با زاویه عمود بر محور دستگاه می باشد. (شکل الف -8)

در حالت آند تخت محور مرکزی دسته پرتو X از صفحه عمود جلوتر واقع می گردد و از اینرو برای بازرسی جوش مناسب نمی باشد (شکل ب-8) . دستگاه های پرتو X با طراحی متداول بگونه ای ساخته شده اند که در آنها پرتو الکترونها به کمک عدسی های الکترومغناطیس همگرا شوند تا این که یک  نقطه کانونی بسیار کوچک تا حد 10 میکرون بوجود آید . ساخت چنین دستگاه هایی به سرعت رو به افزایش گذاشته است .عمدتاً این دستگاه ها تحت ولتاژ 100kV یا کمتر کار می کنند ولی درحال حاضر بعضی از آنها برای ولتاژ 150 تا 200 کیلووات طرحی شده اند که کاربردهای جدیدو مهمی به آنها اختصاص داده شده است .

عموماً این تیوب های X با کانون میکرو راندمان پرتو کمی دارندو علت آن محدود بودن پخش حرارت در آند می باشد . در بعضی دستگاه های پرتو X به منظور توزیع هندسی میدان حاصل از ولتاژ بالا و همچنین جلوگیری از سوراخ شدن بدنه دستگاه توسط الکترونهای سرگردان ، اغلب از آند تنوره ای شکل استفاده می شود . تنوره عبارت است از ادامه آند بطرف جلو که هدف را در بر گرفته است . علاوه بر این یک دریچه بریلیمی بر روی تنوره نصب شده است تا پرتوهای X در مسیر مناسب زاویه داده شوند و در عین حال الکترونهایی که کمانه کرده اند جذب گردند. علت استفاده از بریلیم کم بودن فاکتور جذب آن می باشد. بنابراین فیلتر کردن ذاتی دستگاه را کاهش می دهد گذشته از موارد یاد شده به منظور افزایش عمر آند بجای آندهای ثابت از آندهای چرخشی استفاده می کنند (شکل 9) .

شکل (8) انواع آند مخروطی و تخت مورد استفاده در دستگاه های تولید پرتو X

 

شکل (9) آند چرخشی

در یک جمع بندی نهایی انواع آندهای مورد استفاده در دستگاه های مولد پرتو X بشرح زیر طبقه بندی می شوند :

الف- آند دوار یا چرخشی

ب-آند با کانون خطی که شمای آن در شکل (10) آورده شده است. در این نوع آند با زاویه دادن به هدف مساحت موثر نقطه کانونی را نسبت به نقطه کانونی حقیقی کاهش می دهند .

ج- آند تنوره ای

د- آند مخروطی

هـ- آند با سطح تخت

و- آند میله ای

شکل (10) آند با کانون خطی

روش بدست آوردن اندازه نقطه کانونی

جهت بدست آوردن اندازه نقطه کانونی ، یک ورقه سربی نازک که در وسط آن سوراخ بسیار ریزی ایجاد شده است را درست در وسط فاصله کانون دستگاه و فیلم قرار می دهند (مطابق شکل الف-11) . حفاظ گذاری با استفاده از ورقه های سربی آنچنان انجام می گیرد که بجز پرتوهایی که از سوراخ بسیار ریز عبور می کنند پرتوهای دیگر به فیلم نرسند . پس از ظهور فیلم تصویری ملاحظه می شود که از نظر عملی ، اندازه و شکل آن معادل نقطه کانونی موثر می باشد. به شکل (ب-11) انجام گیرد. انتخاب فاصله 24 اینچ بین فیلم و نقطه کانونی موثر کاملاً متعارف می باشد .زمان پرتوافکنی بسیار بیشتر از زمان پرتو افکنی در غیاب لایه سربی دارنده سوراخ بسیار ریز می باشد . علت آن کوچکی سوراخ و عبور مقدار ناچیز پرتو از آن می باشد . شکل( ج-11) پرتو نگاشت حاصل از رادیوگر افی حاصل از رادیوگر افی ورقه ای دارای سوراخ بسیار ریز سربی را نشان می دهد .

هنگام اندازه گیری نقطه کانونی همیشه بزرگترین فاصله را در راستای قطر تصویر در نظر می گیرند . باید توجه نمود که زمان پرتو افکنی بیش از حد طولانی نباشد چون در غیر اینصورت تصویر گسترش می یابد و در نتایج خطا ایجاد می گردد .

شکل (الف-11)

شکل (ب-11)

شکل (ج-11)

شکل (الف-11) روش سوراخ ریز برای اندازه گیری عملی نقطه کانونی موثر را نشان می دهد .

شکل (ب-11) محاسبه هندسی دقیق روش سوراخ را نشان می دهد .

شکل (ج-11) پرتونگاشت نقطه کانونی را به روش سوراخ ریز نشان می دهد .

لکه سیاه وسط «نقطه کانونی موثر» می باشد . تصویر حاشیه عبارت است از تصویر سطح اطراف هدف و اطراف آند که بوسیله پرتوهای X تولید شده از الکترونهای سرگردان بوجود آمده است . نسبت الکترونهای سرگردان در شرایط عادی مقدار قابل توجهی نمی باشد. تصویر مدور اطراف بوسیله حاشیه دریچه بوجود آمده است .

مولد های ولتاژ بالا

دستگاه های پرتو xمعمولی که برای محدوده کاری 30-400kV بکار برده می شدند تا همین اواخر تماماً از ترانسفورمرهای ولتاژ بالا، با خازن، یکسو کننده و یکنواخت کننده بهره مند بودند. در ابتدا یکسو کنندهها والو های لامپی شیشه ای بودند و اخیراً یکسو کننده های فلزی از سلنیم و یا از جنس سیلیکون انتخاب می شوند.

دستگاه پرتو X را می توان با استفاده از کابل فشار قوی و اتصالات مربوطه به خروجی ترانسفورمر وصل کرد. انواع مخزنی آنها ممکن است در یک مخزن ایزوله شده که دربر گیرنده کلیه مدارهاست قرار گیرند.

برای ایزوله کردن این نوع دستگاههای مخزنی از روغن و بعضی اوقات از گاز استفاده می شود. چندین نوع مدار که شامل یک، دو، چهار و یا بدون یکسو کننده می باشند برای آنها در نظر گرفته شده اند که تعداد یکسو کننده های آن بستگی به میزان یکنواختی ولتاژ مورد نیاز و همچنین به اندازه و وزن دستگاه دارد. قبلاً از یک سویی نیمه، یکسویی کامل (یا مدار)، دو برابر کردن مقدار های ولتاژ، پتانسیل ثابت(مدار)، استفاده می شده است ولی چنین مدار هایی اکنون از رده خارج شده اند (شکل 12). مدار حد اقل نوسان را دارد به همین خاطر اغلب آن را مدار پتانسیل ثابت می نامند. با دستگاه دو قطبی X حصول چنین مداری نیاز به استفاده از چهارسو کننده دارد (شکل 13).

در اکثر دستگاههای جدید مدار پایه تریستور بکار برده می شود که با مولدی که در آن تقوست کننده نوع Cockcroft Bwalton وجود دارد ارتباط داده می شود و بدین طریق ولتاژ بالا با فرکانس بالا (10-16 kHz) از نوع موج مربعی بجای موج سینوسی تولید می کنند.

شکل (12) انواع موجهای مختلف

شکل (13) مدارات Greinacher

تریستور معکوس کننده که موج مربعی فرکانس بالا تولید می کند قلب سیستم می باشد. اینگونه مدار ها بخاطر انرژی ذخیره شده کم و عکس العمل سریع در زمان کوتاه، در هنگام اتصال کوتاه قطع نمی شوند از این رو کارایی بهتری  دارند، حتی در موقعی که دستگاه X از ولتاژ نسبتاً کمی برخوردار است و پرتونرم تولید می کند. این مدارها از دقت بالا (1در 10 از ولتاژ و جریان) و نوسان بسیار کمی برخوردارند (1/0 %) و با چنین تجهیزات کمی میتوان دستگاه را بطور اتوماتیک گرم و راه اندازی نمود. کمی وزن و حجم مزایایی استکه این مولد های قدیمی دارند گذشته از این با بکارگیری دستگاههای پرتو X فلز- سرامیک به همراه تجهیزات الکترونیکی پیشرفته کارایی و دقت عمل بیشتری حاصل می گردد.

در مورد دستگاه های پرتو X با قدرت کم، در جایی که وزن و حجم پارامترهای اساسی طراحی باشند خود دستگاه می تواند بعنوان یکسو کننده مورد استفاده قرار گیرد به این صورت که در یک نیم سیکل پرتوهای X تولید می شوند و در نیم سیکل منفی هیچگونه جریانی از دستگاه عبور نمی کند.

یادآوری این نکته مهم است که طیف پرتو X به مشخصات ولتاژ اعمالی بر روی دستگاه بستگی دارد. اگر یک دستگاه پرتو X با جریانی از یک ولتاژ ثابت تغذیه شود و دستگاهی دیگر تحت همان شرایط ولتاژ (ماکزیمم) با یک جریان از ولتاژ نوسان کننده تغذیه شود منحنی های طیف حاصل از تغییرات شدت پرتو x بر حسب طول موج متفاوت خواهند بود. در طی هر سیکل با جریانی از ولتاژ نوسان کننده لحظاتی از ولتاژ کم وجود دارد که در آن لحظات میزان پرتو های X نرم زیاد هستند.

چنین به نظر می رسد که دستگاهی که با یک ولتاژ ثابت کار می کند تابش سخت با شدنپت بیشتری نسبت به دستگاهی که با ولتاژ نوسان کننده کار می کند تولید می نماید. شکل(12 )مدل های گوناگون پتانسیل اعمالی بر روی دستگاه های پرتو X را نشان می دهد.

از آنجا که در دستگاههای قدیمی که هنوز در کشور ما مورد استفاده قرار می گیرند سیستم های الکترونیکی پیشین حاکم می باشند و بازده دستگاه بستگی به شکل موج ولتاژ دارد و اختلاف در شکل موج دو دستگاه در ولتاژ های مشابه با مساوی، نتایج مختلفی را به همراه دارد لذا در برپایی تکنیک های پرتو افکنی آگاهی از کیلووات اعمالی و نوع جریان مورد استفاده از اهمیت ویژه ای برخوردار است. چند نوع موج که در دستگاههای قدیمی مورد استفاده قرار می گیرند در شکل( 12) آورده شده اند.

الف: موج یکسو نشده که بوسیله ترانسفورمر ولتاژ بالا تولید می گردد، ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر ضربان های متناوب ایجاد می گردند.

ب: موج یکسو شده. در بعضی از دستگاههای پرتو X، پتانسیل بالا به یکسو کننده اعمال می گردد و موج یکسو شده ایجاد می گردد.

ج: موج یکسو شده کامل. بعضی از یکسو کننده ها، پتانسیل اعمالی را به یک موج یکسو شده کامل تبدیل می کنند.

د: در خیلی از دستگاههای پرتو X ولتاژ در مدار Villard بین صفر تا دو برابر تغییر می کند.

ه: پتانسیل ثابت یا Villard تخت شده، در این مدار ولتاژ ثابت شده و حدوداً دو برابر ولتاژ حد اکثر می باشد. اکثر دستگاههای ثابت تولید پرتو X از چنین مداری برخوردار هستند. دستگاههای مجهز به چنین مداری بازده بیشتری دارا می باشند.

اغلب دستگاههای صنعتی و مدرن پرتو X نقش دوگانه ای را ایفا می کنند یعنی هم انتشار دهنده پرتو X هستند و هم یکسو کننده موج، از این رو مستقیماً آنها را می توان با موج نوع الف از ولتاژ بالا تغذیه نمود در نتیجه موج موثر که منجر به تولید پرتو X می شود شکل (ب-12) ایجاد خواهد شد.

مدار الکتریکی خود یکسو شده (نیم موج یکسو شده)

در دستگاه های خود یکسو شده (نیم موج یکسو شده) دستگاه با جریان AC تغذیه می شود (شکل الف- 12) و در طی عبور جریان از مدار دستگاه (شکل 14) اجازه داده می شود که الکترون ها فقط در یک مسیر حرکت کنند. با توجه به شکل (14) ولتاژ اصلی به ترانسفورمر وارد می شود. با جابجایی نقطه A ولتاژهای مختلفی را می توان در سیم پیچ های مدار اولیه ولتاژ بالا در ترانسفورمر انتخاب نمود.

در مدار های ثانویه، ولتاژ بالا (کیلو ولت) در دو دستگاه برقرار خواهد شد و سرعت و انرژی جنبشی الکترون ها را که از طرف کاتد (-ev) به طرف آند (+ev) حرکت می کنند کنترل خواهد نمود و بنابر توضیحات قبلی در آند گرما و پرتو های X تولید می گردد.

با توجه به موج سینوسی شکل که بر دو سرتیوب دستگاه X اعمال می گردد در یک نیم سیکل آند بار مثبت خواهد داشت از این رو فقط در همین حالت الکترون ها از طرف کاتد به طرف آند حرکت خواهند کرد و در نیم سیکل دیگر که آند منفی می گردد الکترونی تولید نخواهد شد از این رو الکترونی از دستگاه عبور نمی کند. بنابراین دستگاه به عنوان یک سو کننده عمل می کند (شکل الف- 12) و پرتو های X فقط در نیم سیکل مثبت تولید می شوند.

ولتاژ در طی این مدت (نیم سیکل) از صفر تا حد اکثر پیک منحنی (kVp) تغییر می کند و بدین ترتیب قدرت نفوذ پرتو نیز بر حسب ولتاژ تغییر میابد. این شکل از موج، ایده آل نیست ولی مزایایی نیز در بر دارد که توضیح داده خواهد شد.

شکل (14)

پتانسیل ثابت:

دستگاههای پتانسیل ثابت (CP) بعضی از مشکلات دستگاههای خود یکسو شده را ندارند. یکسو کننده های مستقل در مدار دستگاه، شار ثابتی از الکترون بین کاتد و آند برقرار می سازند. از این رو بازده دستگاه نسبتاً ثابت خواهد بود. مداری که سبب تثبیت پتانسیل می شود همان مدار Greinacher می باشد و ولتاژ اعمالی بر دستگاه را دو برابر و یکنواخت می سازد (شکل 13).

متاسفانه جا دادن یکسو کننده ها و سیستم خنک کننده به منظور دفع حرارت اضافی تولید شده، دستگاههای تولید پرتو X با پتانسیل ثابت را خیلی سنگین و حجیم می کند و کاربرد آنها را در محوطه های مارگاهی محدود می سازد.

با این حال دستگاههای پتانسیل ثابت قابل حمل و کوچک نیز ساخته شده اند بطوریکه مشکلات جابجایی کمتری در کارخانه ها و محوطه های کارگاهی داشته باشند. مزایا و معایب دستگاههای پتانسیل ثابت و خود یکسو شده در جدول 2-4 آورده شده است:

جدول زیر مزایا و معایب دستگاه های خود یکسو شده و پتانسیل ثابت

دستگاه های تولید پرتو X با انرژی بالا

دستگاههای توضیح داده شده در مباحث قبل برای تولید پرتو های X تحت ولتاژ تا 450Kv بوده است ولی کاربرد هایی از پرتو x با انرژی خیلی بیشتر و قدرت نفوذ بالا تر در محدوده 1-25 Mev در پرتو نگاری صنعتی وجود دارد. از این رو ساخت دستگاههای ویژه تکامل یافته است.

بتاترون ها

بتاترون یک شتاب دهنده الکترون می باشد که  می تواند پرتو با محدوده انرژی 10-31 Mev تولید نماید(شکل 15) . الکترونها در یک محفظه لوله ای شکل حلقوی تحت خلاء انتشار می یابند . "donut" دستگاه از جنس شیشه یا چینی می باشد که درون آن اختلاف پتانسیل 10-30kV بوسیله یک کاتد و یک آند برقرار می باشد. محفظه لوله ای شکل دستگاه بین کفشک هایی از یک الکترومگنت که به شکل خاصی شکل داده شده اند قرار گرفته و سیم پیچ القایی آن با جریان متناوب فرکانس پایین تحت اختلاف پتانسیل چندین هزار ولت تغذیه می شود .میدان مغناطیسی مرکزی (4) یک میدان مغناطیسی چرخان القا می نماید که پس از انتشار الکترونها سبب شتاب گرفتن آنها می گردد . در این هنگام یک میدان مغناطیسی خارجی (5) که در جهت عمود بر دستگاه است توسط یک سیم پیچ کمکی تولید شده والکترونها را در مسیری مارپیچ هدایت می کند . چنانچه این دو میدان بطور تناسبی یکی نسبت به دیگری افزایش یاپبد یک مسیر مدور تند بوجود می آید .

الکترونها بعد از 10⁶ چرخش به حداکثر انرژی می رسند و به سمت هدف جهت داده می شوند . در سطح هدف بخشی از انرژی الکترونها به دسته پرتو X تبدیل می شود .

بنابراین به منظور داشتن پرتو X با بازده مطلوب اکثر بتاترون ها طوری طراحی شده اند که در محدوده انرژی 10-31Mev کار کنند . در چنین موقعیتی بازده تبدیل انرژی الکترونها به پرتو X از مقدار بیشتری برخوردار است.

شکل (15) بتاترون

اگرچه بازده بتاترونها درمقایسه با شتاب دهنده های خطی (linacs) معمولاً کم است ولی با این حال بتاترونهای کم  انرژی (2-6Mev) قابل حمل نیز ساخته شده اند که عموماً بازده کمی از پرتوهای X دارندو به همین خاطر کاربردشان محدود می باشد .

یکی از مزایای بتاترون ها این است که می توان آنها را با نقطه کانونی کمتر از یک میلیمتر طراحی نمود . عیب آنها این است که علی رغم انرژی های بالا ، گسترده دسته پرتو X باریک است و پوشش دهی فیلم های بزرگ با انتخاب فاصله بیشتر فیلم تا منبع امکانپذیر می گردد . این موضوع افزایش زمان پرتودهی را نیاز دارد و می تواند مشکلات عملی جدیدی را برای بتاترون ها به همراه داشته باشد .

دستگاه پرتو X واندوگراف

مولد ولتاژ بالای واندوگراف بر اساس اصول الکترواستاتیکی کار می کند (شکل16) . این مولد ترکیبی از دو الکترود (1و4) است و به گونه ای طراحی شده که با شیب ولتاژ موضعی سازگار باشد . الکترودها توسط گاز غیر هادی احاطه گردیده اند و سیستمی با ظرفیت مشخص را تشکیل می دهند . این سیستم بوسیله تسمه ای از جنس ماده ای عایق (8) که از یک مدار بسته یا سرعت بالا عبور می کند شارژ می شود .

الکترود (1) به پتانسیل زمین و الکترود (4) به پتانسیل بالا وصل گردیده است .الکترود (4) گنبدی نیمه کروی دهانه باز می باشد که بر روی یک سری تیغه سوار شده است . تسمه (8) توسط نوک سوزنها که شکل شانه به خود گرفته اند (1a) و هر کدام از اختلاف پتانسیلی برابر 10-100 kV نسبت به الکترود القاء کننده برخوردار هستند ، شارژ می شود . بار داده شده به تسمه از رابطه (1-4) بدست می آید . در نتیجه بار حمل شده توسط تسمه با افزایش مقدار ظرفیت (C) افزایش می یابد . در صورتی که ولتاژ بین الکترودهای (1) و (2) ثابت باقی می ماند.شکل(16)

C : ظرفیت

V : ولتاژ

بار منفی در طول تسمه (8) حمل می شود و سپس توسط یک شانه دیگر با نقاط سوزنی شکل (3) در الکترود (4) تخلیه می گردد .

شکل (16) مولد واندوگراف

درون لوله شتاب دهنده (5) یک کاتد تخت از جنس تنگستن (6) که به یک الکترود پتانسیل بالا (4) وصل شده است وجود دارد . کاتد (6) از خود الکترون انتشار می دهد . این الکترونها در لوله تخت خلاء بالا به سمت هدف شتاب داده می شوند تا پرتوهای X تولید گردند .

دستگاه های واندوگرافی که به منظور بازرسی مواد طراحی شده اند تحت ولتاژ 2Mev یا 1Mev و جریان تیوب از چند میکروآمپر تا چند صد میکروآمپر مورد استفاده قرار می گیرند .

مزیت اصلی دستگاه X واندوگراف این است که می تواند نقطه کانونی بسیار کوچکی داشته باشد و می توان آنها را در محدوده انرژی 1-2Mev با راندمان مناسبی بکار گرفت ، شکل (17-4) شمای مولد واندوگراف را نشان می دهد .

شتابدهنده های خطی Linacs

دستگاه هایی که اکنون ساخته شده اند (شکل 17) برای کار در محدوده انرژی بین 1Mev و 30Mev می باشند و دارای مزایای ذاتی زیادی ، هم نسبت به دستگاه های بتاترون و هم واندوگراف می باشند به طوریکه به نظر می رسد که بیشتر ، شانس جایگزینی انواع دیگر تجهیزات پر انرژی X را داشته باشند . بیشترین  انرژی های معمول برای دستگاه Linacs عبارت از 8Mev ، 4Mev است .

شکل (17)

در یک شتاب دهنده خطی شتاب الکترونها در سطح انرژی بسیار بالا منتج از حرکت الکترونها همراه با امواج الکترومغناطیس در یک مسیر مستقیم در لوله شتابدهنده می باشد . الکترونها بصورت پالس هایی با پریودهایی برابر با چند میکروثانیه و با فرکانسی برابر چند پالس در ثانیه در می آیند. طراحی بدین صورت است که در هدایت کننده اصلی امواج ، سرعت الکترونها با سرعت فاز میکرو موجها برابر می باشد ، زیرا الکترونها می توانند بطور پیوسته از میدان میکروموجها انرژی دریافت کنند . بیشتر شتابدهنده های خطی ، میکروموجهایی با طول موج 15Cm و معدودی از آنها میکروموجهایی با طول موج 3Cm بکار می گیرند که در یک مگنترون و یا در ماشین های پرقدرت دیگر در یک کلیسترون تولید می شوند . هدفی که الکترونها جهت تولید پرتوX با آن برخورد می کنند در انتهای هدایت کننده اصلی و مقابل فیلامان قرار گرفته است .

مزایای استفاده از پرتو های گاما بجای پرتو های x در رادیوگرافی:

1-  پرتو های گاما به منبع تولید الکتریسیته، سیستم خنک کننده و غیره نیاز ندارند لذا براحتی می توان آن را در محوطه های کارگاهی بکار گرفت.

2-  پرتو های گاما در محدوده اقطار چشمه تولید می شوند و از این رو چنانچه لازم باشد در فاصله های کوتاهی از چشمه تا فیلم می توان از چشمه با قطر کوچک استفاده نمود. به طور مثال بنا به کوچکی قطر چشمه می توان آن را به راحتی داخل لوله قرار داد و جداره لوله را رادیوگرافی نمود. حتی در مواردی استفاده از مقطع انتهای چشمه (end on) آشکاری بیشتر از حالت بکارگیری چشمه در حالت از پهلو (side on) فراهم می نماید.

3-  بعضی از رادیو ایزوتوپ ها از قدرت نفوذ زیادی برخوردار هستند و به کمک آنها می توان پرتو نگاشت های مناسبی از قطعات خیلی ضخیم فلزی تهیه نمود.

4-    دستگاههای رادیوگرافی با پرتو گاما اصولاً از دستگاههای پرتو x ارزان تر هستند.

5-  به خاطر اینکه پرتو گاما دارای قدرت نفوذ بیشتری می باشد لذا از پراکنش کمتری برخوردار است ( بر حسب اینکه چشمه رادیواکتیو چه نوعی باشد قدرت نفوذ پرتو گاما معادل قدرت نفوذ پرتو x با انرژی kV200 تا kV500 می باشد.)

6-  دستگاههای پرتو افکنی گاما معمولاً کوچکتر، سبک تر . قابل حمل تر بوده و برای نقاط یغر قابل دسترس مناسب تر هستند.

معایب به کار گیری پرتو های گاما:

1-  بیشتر چشمه های رادیو ایزوپ مورد استفاده (Ir-192, Co-60) تباین تصویری کمتری نسبت به تصاویر تهیه شده با پرتو x با انرژی مناسب بوجود می آورند که علت آن انرژی تابشی زیاد پرتو های مذکور می باشد. این موضوع سبب مشکل شدن کار تفسیر فیلم می گردد.

2-  تنها چشمه پرتو گاما که پرتو نگاشت های خوبی از قطعات فولادی نازک می دهد Yb-169 می باشد که نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارد.

3-  از آنجا که نمی توان تابش چشمه های رادیو اکتیو را متوقف نمود از این رو بایستی آنها را بطور موثر حفاظت گذاری کرد. حفاظت گذاری چشمه هایی که پرتو های پر نفوذی تولید می کنند و یا از شدت پرتو بالایی برخوردار هستند، نیاز به ضخامت و سنگینی بیشتری دارند.

4-    انرژی تابشی ناشی از یک چشمه رادیو اکتیو را نمی توان بدلخواه تنظیم نمود.

5-    هر چند وقت یک بار در اثر ضعیف شدن باید چشمه را در فواصل زمانی معینی جایگزین نمود.

6-    بعلت راندمان کم پرتو باید SFD کوچکتری انتخاب نمود. از این رو ناآشکاری هندسی بیشتری بوجود خواهد آمد.

7-    در هنگامیکه چشمه ضعیف است زمان پرتو افکنی طولانی می شود.

بکارگیری چشمه های Yb-169 که توسعه جدیدی محسوب می شود برای پرتو نگاری جوش های محیطی لوله های فولادی بسیار نازک به کار می رود.

با بکارگیری یک چشمه با قطر کم (mm5/0-3/0) و قرار دادن آن در مرکز لوله و پیچیدن نوار فیلم در اطراف جوش ، تمامی جوش محیطی را می توان در یک عمل پرتو افکنی پرتو نگاری نمود. از آنجایی که ابعاد چشمه، کوچک انتخاب شده است ناآشکاری هندسی قابل قبولی خواهد آمد.

از طرف دیگر بعلت کوچکی بسیار زیاد فاصله چشمه تا فیلم (mm30 یا کمتر)، با وجو قدرت کم چشمه، زمان پرتو افکنی بسیار کوتاهی خواهد بود. بعلت این که تابش ایتربیم 169 از انرژی نسبتاً کمی برخوردار است محفظه هایی که چشمه در آن قرار می گیرد بسیار کوچک و از نظر وزنی بسیار سبک می باشند.

شکل (18) انواع پرتوافکن ها با چشمه سلنیم و ایتربیوم

تصویر تابش و تصویر فیلم

شدت پرتو X یا  عبوری از نمونه بخاطر جذب و پراکنش بطور موضعی میرا می گردد . از این رو هنگامیکه پرتوهای خروجی از پشت قطعه به سطح فیلم می رسند ، در سطح آن مناطقی با شدت های مختلف تشکیل داده و تصویری از تابش را می سازند. این تغییرات در شدت دریافت شده از تابش ، سبب تغییرات موضعی در دانسیته فیلم فرآوری شده می گردد . هر چه شدت تابش رسیده به فیلم بیشتر باشد دانسیته فیلم نیز بیشتر خواهد شد .

کیفیت پرتونگاشت می تواند شدیداً متاثر از تابش های پراکنش نموده باشد. بنابراین به حداقل رساندن این مقدار تاثیر، اهمیت فراوانی دارد .

پراکنش

در هنگام جذب ، بخشی از تابش اولیه در نمونه پراکنش نموده و از مسیرهای غیر مستقیم به نقاطی از فیلم می رسد . بنابراین تابش کلی رسیده به هر نقطه فیلم ، عبارت است از بخشی از تابش های اولیه عبور کرده از نمونه که به آن تابش مستقیم یا تابش تصویر ساز گفته می شود و شدتی معادل I_D دارند ، بعلاوه بخشی از تابش های غیر مستقیم که اصطلاحاً به آنها تابش های غیر تصویر ساز اتلاق می گردد و همان تابش های پراکنش نموده هستند ، از شدتی معادل I_S برخوردار می باشند ، از این رو کل شدت تابش رسیده به هر نقطه از فیلم برابر با (I_D+I_S) می باشد.

شکل (19)

 

نسبت (I_D+I_S)/I_D که برابر است با (1+I_S/I_D)/I_Dرا فاکتور افزایش می نامند و در مطالعه حساسیت قابل حصول رادیوگرافی نقش بسزایی دارد. این نسبت معمولاً از مقادیری بین 2 تا 20 برخوردار است .

فاکتور افزایش به انرژی پرتوتابشی و ضخامت قطعه بستگی دارد و هر چه انرژی تابشی زیادتر باشد این فاکتور کوچکتر خواهد شد . بایستی در نظر داشت پرتو X یا گاما به تمامی اجسام مجاور نمونه مورد رادیوگرافی (نظیر میز ، دیوارها، زمین و غیره) برخورد می نماید و بخشی از آن بصورت پراکنش برگشتی سبب مه آلودگی فیلم می گردد . پراکنش برگشتی ناشی از اجسام نزدیک ممکن است نسبت به تابش عبور کرده از جسم مورد رادیوگرافی تعیین کننده تر باشد .

پراکنش حاصل از تابش اولیه نسبت به خود تابش اولیه از قدرت نفوذ کمتری برخوردار است و آنرا می توان توسط یک فیلتر فلزی که در جلو فیلم قرار می گیرد ، قبل از رسیدن به سطح فیلم جذب نمود.

تابش پراکنش که از اجسام موجود در زیر فیلم ساطع می شود بوسیله یک لایه محافظ سربی جذب می گردد .نگهدارنده فلزی فیلم در حقیقت حاوی یک ورقه سربی است که چنین وظیفه ای را انجام می دهد . هنگام رادیوگرافی بر روی اجسام مجاور ، مسائل دیگری ناشی از پراکنش بوجود می آید . برای جلوگیری از رسیدن پرتوهای پراکنش نموده از یک نمونه به نمونه دیگر باید ورقه های سربی مطابق شکل 6-2 بین آنها قرار داد .

در یک کلام پراکنش یا تابش پراکنش نموده عبارتست از تابش ساطع شده از هر منبعی بجز تابش مستقیم انتشار یافته در مسیر و جهت مورد علاقه . اثر پراکنش بر روی پرتونگاشت عبارت از کاهش تباین و قدرت تفکیک و همچنین بوجود آمدن عیوب اشتباه بر انگیز می باشد . گذشته از موارد یاد شده پراکنش ممن است از نظر حفاظت در برابر پرتوها مشکلاتی را بوجود آورد .

شکل (20)

موازی کردن پرتوها

هنگام رادیوگرافی در یک فضای بسته با زاویه تابش گسترده امکان پراکنش پرتو از اجسام اطراف و رسیدن آن به فیلم وجود دارد . کاهش اثر پراکنش با کاهش زاویه و یا موازی کردن پرتوها امکان پذیر می گردد . از اینرو قطعه ای که این عمل را انجام می دهد به نام کلیماتور شناخته شده است که در هنگام کار با پرتوگاما بخصوص با چشمه های قوی کاربرد وسیعی دارد و از پرتوگیری افراد بویژه در محوطه های کارگاهی جلوگیری می نماید .

کلیماتورها معمولاً تنگستنی می باشند . شکل (21) چند نوع کلیماتور را به منظور جهت دادن پرتو نشان می دهد .

شکل (21)

اثرهای پراکنش

الف) پراکنش سبب کاهش تباین می گردد

ب) پراکنش سبب مخدوش شدن عیوب ناشی از فیلم می گردد

ج) پراکنش سبب مخدوش شدن عیوب ناشی از قطعه می گردد

د) پراکنش سبب افزایش مشکلات حفاظتی می گردد

هر چه قطعه ای که در دست رادیوگرافی است ضخیم تر باشد مقدار پراکنش نیز بیشتر است . منشاء پراکنش ممکن است :

الف: داخلی باشد کهدرون خود قطعه بوجود می آید .

ب: حاشیه ای باشد که از اطراف ساختمان و یا از قسمتهایی از خود شیء ساطع می شود .

ج: برگشتی باشد که از سطوح پشت یا زیرین جسم انتشار می یابد .

انواع پراکنش ها در شکل (22)ملاحظه می شود .

شکل (22)

نحوه کاهش پراکنش

در رادیوگرافی صنعتی تابش پراکده شده را هرگز نمی توان به طور کامل حذف نمود ولی روش های متفاوتی جهت کاهش آن وجود دارند. بطور مثال داخل سوراخهای قطعه ای به شکل 4-6 را بایستی با استفاده از بتونه های باریمی و از مواد پرکننده نظیر ساچمه های سربی پر کرد . بدین طریق پراکنش حاشیه ای در این منطقه جذب خواهد شد . همچنین برای کاهش پراکنش برگشتی از زمین که سبب مه آلودگی فیلم می شود یک ورق سربی بین دو سطح قرار داده می شود .

از آنجا که پراکنش ممنک است از هر قسمتی از ساختمان که تابش دریافت می کند ساطع شود، لذا اثر آنرا می توان با استفاده از جمع کننده و یا مخروطهای متمرکز کننده ، یا دیافراگمو یا بوسیله پوشاندن مناطق غیر لازم جسم مورد رادیوگرافی ، توسط سرب به حداقل رساند (شکل 23) .

روش دیگر عبارتست از استفاده از فیلتر که بدین وسیله پرتوهای با طول موج بلندکه بیشتر نقش مخدوش کننده تصویر را دارند حذف می کنند . بنابراین به طور کلی روش های کاهش پراکنش در رادیوگرافی عبارتند از :

1-    محدود کردن اندازه دسته پرتو یا کم نمودن زاویه پرتو

2-    استفاده از فیلترها

3-    استفاده از ورقه های سربی

4-    استفاده از مواد پرکننده و محصور کردن اطراف قطعه

5-    جذب پراکنش برگشتی

فیلترها

فیلترهای رادیوگرافی هم به منظور کاهش پراکنش پرتو و هم به منظور جذب پرتوهای با طول موج بلند بکار گرفته می شوند. محل قرار گرفتن فیلتر می تواند نزدیک دستگاه (روی دیافراگم) و یا بین قطعه و نگهدارنده فیلم باشد (شکل 23) . فیلترها معمولاً از یک ورقه فلزی از جنس سرب و یا مس می باشند که ضخامت آنها متناسب با قدرت دستگاه است . در عمل اگر فیلتری خیلی نزدیک به فیلم قرار گیرد و به آن بچسبد در حقیقت هم نقش یک ورقه سربی ضخیم فزونساز و هم نقش فیلتر را بازی می کند . در زیر اثر فیلتر نسبت به محل قرارگیری آن بررسی شده است .

شکل (23)

قرار گرفتن فیلتر بین دستگاه تولید پرتو X و جسم

در این حالت فیلتر یک اثر سخت کنندگی برای پرتوهای برخوردی دارد . این موضوع سبب کاهش تبایل تصویر ی گردد که این مشکل با کاهش تابش پراکنش کننده جبران می گردد و بدین طریق کیفیت کلی تصویر بهبود می یابد .

قرار گرفتن فیلتر بین قطعه و فیلم

اگر یک ورقه سرب یا ورقه هایی از سرب و قلع بصورت لایه های روی هم قرار گرفته بلافاصله در پشت قطعه مورد رادیوگرافی قرار گیرد (بطور مثال بین جسم و فیلم) پراکنش عبوری از جسم به مقدار خیلی گسترده تری نسبت به تابش اولیه توسط فیلتر جذب می گردد .

این جذب انتخابی ناشی از دو عامل می باشد .

1-  ظرفیت جذب کنندگی فیلتر برای پرتوهای نرم نسبت به پرتوهای نافذ مستقیم که تصویر را تشکیل می دهند ، بیشتر است .

2-  از آنجا که پرتوهای پراکنش نموده مسیرهای مایل و در نتیجه طولانی تری را نسبت به پرتوهای مستقیم می پیمایند، جذب آنها محتملتر می باشد .

این مقدار بیشتر جذب پرتوهای پراکنش نموده سبب کاهش نسبت پراکنش می گردد . اگر لبه جسم مورد رادیوگرافی به فیلم نچسبد (بطور مثال در مورد اجسام مدور) ممکن است پراکنش زیادی از تابش اولیه اتفاق بیافتد و منجر به مه گرفتگی فیلم گردد . در این حالت بهتر است که فیلتر بین جسم و فیلم قرار گیرد .

کاهش تباین توسط عمل فیلتر کردن در مواقعی که عمل رادیوگرافی از یک قطعه با ضخامت خیلی متغیر بر روی یک فیلم انجام می گیرد مفید می باشد . با کاهش تباین تصویر ، از پرتوافکنی بیش از حد بر روی قسمت های نازک قطعه و پرتوافکنی ناکافی در قسمتهای ضخیم قطعه جلوگیری می شود .

در صورتی که فیلتر بین قطعه و فیلم قرار گیرد باید توجه داشت که فیلتر عاری از خراشی و ناصافی باشد. در غیراین صورت این عیوب بر روی فیلم منتقل می گردند و هنگام رویت فیلم سبب بروز خطا می شوند . ضخامت های نوعی فیلتر عبارتند از :

mm 5/0-25/0 سرب برای پرتوهای X با انرژی kV 200

mm 1-6/0 سرب برای پرتوهای X با انرژی kV 400

فیلترها بندرت برای دستگاه های پرانرژی پرتوهای X و یا برای پرتوهای گاما استفاده می شوند . اگر چه در بعضی موارد استفاده از صحفات فزونساز ضخیم مفید تشخیص داده شده است .

صفحات فزونساز

میزان اثر فتوگرافی پرتوهای X و یا گاما بستگی به مقدار انرژی تابشی جذب شده توسط لایه های حساس فیلم دارد . این مقدار برای پرتوهای تابشی با قدرت نفوذ متوسط حدود 1% می باشد. باقیمانده تابش از درون فیلم عبور می کند و در نتیجه مورد استفاده قرار نمی گیرد . برای غلبه بر این مشکل فیلم را به صورت ساندویچی بین دو صفحه فزونساز قرار می دهند . در اثر تابش پرتوهای X یا گاما بر روی صفحات برونساز، نور فلورسانس (از صفحات فزونساز نمکی) و یا الکترونها (از صفحات فزونساز سربی) ساطع می گردند که اثر فتوالکتریک فوق العاده ای بر روی لایه های امولسیون فیلم می گذارند .

به منظور بدست آوردن تصویری واضح لازم است صفحات فزونساز نمکی یا سربی در تماس نزدیک با فیلم باشند.

صفحات فزونساز سربی

این صفحات از ورقه های نازک سربی که از لحاظ ساختاری یکنواخت هستند و به آستری از جنس کاغذ یا مقوا چسبیده اند ساخته شده اند . در این فزونسازها دو صفحه سربی مورد استفاده قرار می گیرند که ضخامت صفحه سربی جلویی باید با سختی تابش اولیه هماهنگی داشته باشد بطوریکه پرتوهای اولیه از آن عبور کنند و تا حد امکان بتواند پرتوهای ثانویه را که از قدرت نفوذ کمی برخوردارند و طول موج بلندتری دارند جذب نماید . ضخامت این صفحه معمولاً بین mm 02/0 تا mm 15/0 می باشد . صفحه پشتی اصولاً ضخیم تر است (mm 25/0) ولی ضخامت آن تعیین کننده نمی باشد . از اینرو بطور معمول هر دو صفحه را هم ضخامت انتخاب می کنند . (بطور مثال 25/0) .

سطح فلزی صفحات سربی کاملاً صیقلی شده است تا بتواند بخوبی به سطح فیلم بچسبد . اگر عیوبی همچون خراش یا ترک در سطح لایه سربی باشند این عیوب بر روی پرتونگاشت منتقل می گردند .

این صفحات سربی ذرات  (یا الکترونهایی) که فیلم به آنها احساس است از خود ساطع می کنند . با وجود صفحات سربی بخشی از تابش اولیه توسط صفحه جلویی جذب می شود بخصوص مقدار زیادی از تابش نرم و تابش پراکنده شده نیز جذب می گردد . در حقیقت صفحه فزونساز جلویی همانگونه که نقش یک صفحه فزونساز را ایفا می کند مانند یک فیلتر نیز می باشد .

به طور کلی اثرات بکارگیری صفحات فزونساز فلزی یا سربی عبارتند از :

1-    بهبود تباین جزئیات تصویر منتج از کاهش پراکنش

2-    کاهش زمان پرتوافکنی هنگامیکه اثر فزونسازی از میرایی حاصل از جذب در صحفه جلویی بیشتر است .

فاکتور فزونسازی حاصل از صفحات سربی بندرت از 5 بزرگتر می باشد و عمل فزونسازی پرتوهای X در پتانسیل بیش از kV 120 بوجود می آید . در غیر اینصورت زمان پرتوافکنی در حضور صفحات فزونساز از زمان پرتوافکنی در غیاب آنها فزونی می یابد .

در بعضی موارد استفاده از پرتو X با قدرتی کمتر از kV120 اجتناب ناپذیر است . در این حالات اگر چه عمل فزونسازی توسط صفحه جلویی فیلم انجام نمی گیرد ولی عمل فیلتر کردن توسط آن صورت می پذیرد .

فیلم های پرتو X موجود در بازار، در پاکت های کاغذی جا داده شده اند بطوریکه اطراف فیلم را دو ورقه سربی احاطه کرده است (فیلم های STRUCTURIX STRUCTURIX VOLLPAC , VACUPAC) .

فیلم های VACUPAC در زیر خلاء بسته بندی شده اند تا اینکه تماس کامل صفحه و ماده امولسیون تضمین گردد .

برای بعضی تابش ها ، سرب بهترین ماده به عنوان صفحات فزونساز نمی باشد . برای پرتوهای گاما Co-60 ثابت شده است که ورقه های مسی یا فولادی کیفیت بهتری نسبت به ورقه های سربی به پرتونگاشت می بخشند . اما استفاده از این نوع صفحات زمان پرتوافکنی را افزایش می دهد (دو برابر) .

در هنگام رادیوگرافی با پرتوهای x که دارای انرژی مگاوات در محدوده 5 تا 8 مگاالکترون ولت می باشند صفحات مسی ضخیم کیفیت بهتری به پرتونگاشت ها نسبت به صفحات سربی با هر ضخامتی می دهند و در محدوده Mev 3-15 صفحات تانتالیم (Tantalum) و تنگستن ترجیح داده می شود . در این شرایط معمولاً تنها صفحه جلویی ، بدون صفحه پشتی استفاده می شود .

صفحات فزونساز فلورسنت (صفحات نمکی)

صفحات فزونساز فلورسنت از یک صفحه نازک و قابل انحنا که بر روی آن یک لایه از مواد فلورسنت با کریستالهای میکروسکوپی از نمک فلزی مناسب (معمولاً تنگستات کلسیم) قرار گرفته است ساخته شده اند . هنگامیکه این صفحات در مقابل پرتوهای X قرار می گیرند از خود نوری ساطع می کنند که فیلم به آن حساس می باشد .

شدت نور ساطع شده با شدت تابش پرتو X رابطه مستقیم دارد واثر تشدید کنندگی زیادی بر روی فیلم می گذارد . به علت افت کیفیت تصویر حاصل از صفحات نمکی ، بندرت از آنها در رادیوگرافی صنعتی استفاده می کنند . اگرچه به تازگی بکارگیری آنها برای بعضی کارهای خاص تجدید حیات یافته است (در فلوروسکوپی) .

صفحات فلزی فلورسنت

بجز صفحات فزونساز سربی و فلورسنت صفحات فلورمتالیک وجود دارند که در آنها از ترکیب گسترده ای از صفحات سربی و صفحات فلورسنتی و مزایای آنها استفاده شده است . در اینگونه صفحات یک لایه به ضخامت 200-100 از تنگستات کلسیم بر روی صفحه سربی پوشش داده شده است . نحوه لایه بندی به نحوی است که صفحه فلورسنت بین فیلم و صفحه سربی قرار می گیرد .

مقدار فزونسازی حاصله توسط این صفحات بطور گسترده ای به حساسیت طیف نوری فیلم مورد استفاده و به مقدار تابشی که از صفحات ساطع می شود و همچنین به زمان پرتوافکنی و درجه حرارت بستگی دارد .

به منظور حصول پرتونگاشت های رضایتبخش با استفاده از صفحات فلورمتالیک ، این صفحات بایستی با فیلم های رادیوگرافی مناسب بکار گرفته شوند (فیلم Structurix RCF با صحفات RCF) . هنگامیکه چنین صفحاتی بدرستی بکار گرفته شوند زمان پرتوافکنی را می توان تا ده برابر نسبت به صفحات سربی کاهش داد .

باید در نظر داشت که مقدار افزایش سرعت در هر شرایطی ثابت نیست و بایستی آنرا برای تمامی انرژی های تابشی و تمامی زمانهای پرتوافکنی بدست آورد . در حقیقت یکی از معایب چنین صفحاتی عدم پیروی از قانون اثر متقابل می باشد .

این موضوع در هنگام کار با چشمه Ir192 ، Yb-169 از اهمیت ویژه ای برخوردار است . صفحات فلورمتالیک در دماهای پایین کارآیی بهتری دارند ، لذا کاربرد آنها در مناطق سرد از اهمیتی خاص برخوردار است. با این حال این نوع صفحات از صفحات نمکی انعطاف پذیرترند ولی نسبت به صفحات سربی از قابلیت انعطاف کمتری برخوردارند . (جداول 24و25)

جدول (25)

 

مراقبت از صفحات سربی        

صفحات سربی قابلیت چین و چروک خوردگی دارند. بنابراین بایستی آنها را هنگامیکه از اندازه بزرگی برخوردار هستند بدقت بکار گرفت و از چین خوردگی و تاخوردگی آنها ممانعت بعمل آورد . از نشستن گرد و خاک و یا دیگر ذرات از هر منبع بر روی صفحات سربی و مدفون شدن آنها در ورقه ها بایستی جلوگیری نمود.

سطوح صفحات باید با بورسی موئی هر از چندگاهی تمیز گردند . سطوح بایستی عاری از لکه، ترشح ، کثافات ، چربی و اثر انشگت باشند . بگونه ای که درخشندگی اولیه خود را از دست ندهند. هر چند گاه می توان آنها را با پنبه آغشته به تتراکلرید کربن یا مواد تمیز کننده تمیز نمود. چنانچه صفحات سربی خراش پیدا کنند و یا کثیف شوند بگونه ای که پرتونگاشت را تحت تاثیر قرار دهند بایستی آنها را توسط صفحات جدید جایگزین نمود . در غیر اینصورت عیوب موجود بر روی صفحات سربی کیفیت پرتونگاشت را مخدوش خواهد نمود و تفسیر فیلم ها را با مشکل مواجه خواهد کرد .

مراقبت از صفحات فلورسنتی و فلورومتالیک

مسائل بکارگیری صفحات فلورسنتی و فلورمتالیک مشابه نگهداری و مراقبت صفحات سربی است منتها با حساسیت بیشتر . از این رو سطوح چنین صفحاتی باید عاری از گرد و غبار ، مو و ذرات خارجی باشد در غیر این صورت چنین موادی سبب بوجود آمدن مناطق سفید رنگ بر روی پرتونگاشت می گردند .

ساختار یک فیلم پرتو x

یک فیم پرتو x از هفت لایه تشکیل شده است(شکل 26)

1-  لایه اصلی یا لایه تری استات سلولز و یا پلی استر (لایه d)، به خاطر استحکام و پایداری ابعادی، بیشتر از پلی ساتر استفاده می شود.

2-    بر روی دو طیف این لایه اصلی مواد زیر به کار رفته است:

الف) یک لایه ژلاتین سخت شده به گونه ای که از ماده امولسیون محافظت نماید و آنرا از صدمات مکانیکی نظیر خراش و سایش مصون بدارد (a).

ب) یک لایه امولسیون (b) که اساساً متشکل از کریستال های هالید نقره معلق شده در ژلاتین به ضخامت mm025/0 است.

ج) یک لایه خیلی نازک زیرین (c) که وظیفه الحاق لایه امولسیون را به لایه اصلی فیلم دارا می باشد و از جنس ژلاتین و مواد چسبنده تشکیل شده است.

بر خلاف فیلم های عکاسی که فقط در یک طرف آنها پوشش امولسیون اعمال می شود معمولاً در دو طرف فیلم های پرتو نگاری بجز در موارد خاص لایه امولسیون اعمال می شود، تا بدین ترتیب سرعت فیلم و تباین تصویر افزایش یابد و از زمان پرتو افکنی و ظهور و ثبوت و خشک کردن فیلم کاسته می شود. ذکر این نکته ضروریست که هالید های نقره در اثر واکنش دادن نیترات نقره با محلول برمید پتاسیم، یدید پتاسیم، کلرید پتاسیم و یا بعضی از ترکیبات آنها بدست می آیند. سپس محلول بدست آمده با ژلاتین مخلوط می گردد. نرخ مخلوط کردن و روش آن سرعت و مشخصات دیگر فیلم را تعیین می کند.

شکل(26)

در اطراف هالید نقره تولید شده مقدار ناچیزی برمید پتاسیم اضافی وجود دارد.

لذا هر کریستال هالید نقره یک لایه یون برم منفی در اطراف خود دارد که اصطلاحاً به آن سد برمید می گویند. طی پرتو افکنی این سد شکسته یا ضعیف می شود و الکترون های آزاد در لایه امولسیون بوجود می آیند و یا به آن وارد می شوند. این الکترون ها با یون های مثبت واکنش نموده و ذرات بسیار ریز نقره را احیا می کنند و مراکزی برای ظهور می شوند. هر مرکز ظهوری از چند اتم نقره فلزی تشکیل شده که قابل رویت نیستند و تحت عنوان تصویر مخفی شناخته شده اند.

نقره فلزی احیا شده در تصویر مخفی نقش کانالیست را عهده دار می شود و در حضور داوری ظهور بقیه اتم های باقی مانده در دانه برمید نقره به نقره فلزی تبدیل می شوند. این فرایند با ضعیف شدن و یا شکسته شدن سد برمید در اطراف دانه تقویت و یا پشتیبانی می شود.

لایه امولسیون مهمترین لایه فیلم می باشد و به پرتو x، پرتو گاما، فشار و مواد شیمیایی بسیار حساس می باشد شکل (27)اثر تابش را بر روی فیلم پرتو x و نحوه تشکیل مناطق نقره خالص را نشان می دهد.

شکل (27)

تصویر مخفی

هنگامیکه تابش یا نور به لایه حساس امولسیون برخورد می کند آن قسمت هایی از لایه که تابش کافی دریافت کرده اند تغییر ماهیت می دهند و ذرات بسیار ریزی از کریستال های هالید به نقره فلزی تبدیل می گردند. این ذرات نقره آنقدر کوچک هستند که وضعیت ظاهری لایه حساس بدون تغییر باقی می ماند. تعداد ذرات نقره تولید شده تابعی از میزان تابش دریافتی است، به گونه ای که اگر مقدار تابش زیاد باشد تعداد ذرات تولید شده افزایش میابد. بدین طریق در هنگام پرتو افکنی تصویری کامل و قوی که هنوز قابل رویت نیست در لایه حساس به نور تشکیل می شود که به آن تصویر مخفی می گویند.

انواع فیلم:

اکثر سازندگان فیلم های رادیوگرافی ، فیلم های مورد استفاده را با صفحات فزونساز فلزی و یا بدون صفحات به بازار عرضه می کنند. نوع دوم فیلم ها را معمولاً «نوع مستقیم» و یا «نوع بدون صفحه» می نامند تا بتوان آنها را از فیلم های مورد استفاده با صفحات فلورسانس تشخیص داد. در گذشته ای نه چندان دور شرکت آگفا فیلم های از نوع: D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8  Structurix تولید می کرد. حتی در گذشته فیلم  D نیز تولید می نمود. در حال حاضر شرکت مذکور فیلم هایی از نوع Structurix??? تولید می کند که مشخصات و کاربرد آنها در ضمیمه آورده شده است. فیلم هایی که با استفاده از صفحات فزونساز نمکی بکار برده می شوند و کاربرد صنعتی دارند تحت عنوان (Screen Type) شناخته می شوند که نوع P آنها از همه مشخص تر می باشد و نوع RCF بویژه برای بکارگیری با صفحات فلورمتالیک می باشد. لازم به ذکر است که در رادیولوژی پزشکی به خاطر کاهش زمان پرتو دهی از فیلم های با مشخصات فزونساز نمکی استفاده می شود. جدول زیر فیلم های صنعتی متداول شرکت آگفا را با داده های مربوط ارائه می کند.

در غیاب عدد سرعت، استاندارد های DIN و ASTM فیلم های پرتو نگاری را بطور تجربی بر حسب «کیفیت گروهها» دسته بندی کرده اند که در جدول زیر ملاحظه می شود.

جدول فیلم های صنعتی پرتو X مربوط به شرکت آگفا با نام ژنریک Structurix

نکته ها:

1-    بدون صفحات سربی

2-    ضخامت صفحات سربیmm27%

3-    با ضخامت سربی به ضخامت mm27%

4-    با ضخامت سربی، جلویی mm1/0 و پشتی mm15و 0.

5-    با استفاده از صفحات فلورمتالیک (RCF) فاکتور پرتوافکنی دقیق به زمان پرتو افکنی بستگی دارد.

انتخاب نوع فیلم:

بیشتر کد ها و استاندارد ها، نوع فیلم پرتو نگاری مورد استفاده برای کاربرد های ویژهرا بر اساس طبقه بندی DIN یا ASTM توصیه می نمایند. برای بازرسی جوش هنگامیکه توجه ربر روی تشخیص ترک های کوچک است یک فیلم گروه  Gیا  Gانتخاب می شود. برای بازرسی قطعات ریختگی یا برای پرتو نگاری عادی یک فیلم گروه یا حتی یک فیلمی که فقط یک طرف آن لایه امولسیون دارد از گروه مذکور باید مورد استفاده قرار گیرد. در پرتو نگاری تحت ولتاژ مگاولت، از آنجا که بیشتر دستگاهها راندمان پرتو x خیلی زیادی دارند فیلم های گروه مورد استفاده قرار می گیرند بطوریکه شیب تندتری از فیلم قابل حصول باشند.

تاثیر شرایط ظاهر سازی:

منحنی مشخصه یک فیلم پرتو x نهتنها تابع مشخصات امولسیون می باشد، بلکه به روش ظاهر نمودن فیلمنیز بستگی دارد. پارامتر هایی که می توانند بر مشخصه های حساسیت سنجی فیلم اثر بگذارند عبارتند از:

-  زمان ظهور

-  دمای ظهور

-  قدرت داوری ظهور (نوع، غلظت، میزان کهنگی)

-  بهم زدن

شکل (28) مشخصات فیلم با انواع متفاوت ظهور از نظر زمان، سرعت، تباین و مه گرفتگی شیمیایی را نشان می دهد.

مه گرفتگی، تباین و سرعت تحت اثر قدرت ظاهر کننده می باشند بطور مثال اثر زمان ظهور به صورت زیر است:

در مرحله اولیه (A) تباین و سرعت کم خواهند بود و با افزایش قدرت داوری ظهور به سرعت افزایش میابند.

در مرحله دوم (B) افزایش بیشتر قدرت ظاهر کننده اثر کمی بر روی مشخصه های حساسیت سنجی فیلم خواهد داشت.

در مرحله سوم (C) با افزایش بیشتر قدرت ظاهر کننده میزان مه گرفتگی افزایش خواهد یافت و در نتیجه احتمالاً تباین کم خواهد شد.

این نوع تغییرات بصورت کلی در شکل( 28 )آورده شده است.

شکل (28 )مشخصات فیلم با انواع متفاوت ظهور از نظر زمان ، تباین و مه گرفتگی

برای فیلم های Structrix زمان بهینه ظهور در 20c بین 4 تا 7 دقیقه می باشد. بر حسب نوع فیلم و داوری ظهور مورد استفاده، شکل سه منحنی بر حسب قدرت دارو می تواند متفاوت باشد و بهترین وضعیت برای انتخاب، آن است که تباین حد اکثر و مه گرفتگی هنوز قابل قبول باشد.

بعضی اوقات منطقه ای وجود دارد که در آن سرعت افزایش خواهد یافت اما تباین ثابت خواهد ماند. در این حالت بایستی به خاطر داشت که افزایشی در دانه ای شدن با سرعت افزوده وجود دارد.

اثر نوع ظاهر کننده:

مه گرفتگی شیمیایی، دانه ای شدن، سرعت موثر و تباین فیلم پرتو x به نوع داروی ظهور بستگی دارند.

زمان ظهور توصیه شده:

بهترین زمان ظهور برای یک فیلم پرتو x بوسیله نسبت بهینه تباین به مه گرفتگی تعیین می گردد. بدین دلیل عمل ظهور در آن حد انجام نمی گیرد که بتوان به حد اکثر تباینی که فیلم می تواند بدهد دست یافت. زمان توصیه شده برای ظهور فیلم های Structrix در داروی ظهور G128  در دمای 20c پنج دقیقه می باشد.

گستره پرتو افکنی و زمان ظهور:

انحرافات ناچیز از زمان پرتو افکنی صیحح را می توان با تغییرات زمان ظهور تا حدودی جبران نمود، اگر چه پرتو نگاشت های  درجه یک را به ندرت می توان با استفاده از زمانی بجز زمان تعیین شده بدستآوزد. افزایش بیش از حد زمان ظهور سبب فقدان تباین می شود.

دمای داروی ظهور:

هنگامیکه یک فیلم پرتو x به صورت دستی ظاهر می شود بهترین درجه حرارت مورد استفاده c20 (F68) می باشد. در این درجه حرارت زمان ظهور 5 دقیقه است.

بنابراین به طور مقایسه ای انحرافات ناچیر از زمان چندان اهمیتی ندارد. بکارگیری درجه حرارت بالاتر، اگر سبب مه گرفتگی و دانه ای شدن بیش از حد نگردد سبب کوتاه شدن زمان ظهور می گردد (بایستی بخاطر داشت که در دمای بالای C20 داروی ظهور سریع تر اکسید می شود). درجه حرارت خیلی بالای دمای ظهور می تواند سبب شبکه ای شدن، شیار دار شدن و یا ذوب شدن امولسیون گردد.

به خصوص در درجه حرارت بالای C25 ماده امولسیون نرم و متورم می شود. اگر درجه حرارت پایین تر از C18 باشد از فعالیت هیدروکینون که یکی از اجزاء تباین دهنده است کاسته می شود. شکل (29) شمایی از شبکه ای شدن را نشان می دهد.

به هر صورت فرآوری در درجه حرارت بالاتر به صورت اتوماتیک در حال حاظر با استفاده از محلول های خاص یک عمل عادی می باشد.

شکل (29)

بهم زدن:

فیلم در 30 ثانیه اول باید به خوبی در داروی ظهور حرکت داده شود تا اینکه حباب های هوا که می توانند به سطح امولسیون بچسبند و سبب ایجاد علامت های ناخواسته ای بر روی فیلم شوند، از سطح آن رانده شوند. همچنین فیلم باید هر دقیقه یک بار و هر بار به مدت 10 تا 15 ثانیه تکان داده شود تا اینکه ظهور صحیح تضمین گردد.

اگر فیلم به صورت پیوسته تکان داده شود زمان ظهور مورد نیاز کاهش میابد. نحوه حرکت دادن فیلم در داروی ظهور، حرکت بالا به پایین می باشد.

چنانچه حرکت عرضی انجام گیرد احتمال خروج فیلم از داخل قاب نگهدارنده وجود دارد. روش دیگر بهم زدن، دمیدن یک گاز خنثی مثل ازت از کف مخزن ظهور می باشد. البته دمیدن هوای فشرده، سبب تسریع در اکسیداسیون دارو می گردد و نباید از آن استفاده نمود.

قابلیت تشخیص عیوب

مقدمه

سه عامل بر قابلیت رویت عیوب بر روی پرتونگاشت حاکم هستند. این عوامل که در ذیل آمده اند در این فصل به تفصیل شرح داده می شوند.

1-    عوامل هندسی همانند ابعاد چشمه ، فاصله چشمه از جسم و فاصله عیوب از فیلم

2-    خواص فیلم همانند دانه بندی ، تباین ، مه گرفتگی و ناآشکاری ذاتی

3-    کیفیت تابش

ناآشکاری هندسی

دستگاه های تولیدپرتو X و چشمه های رادیو اکتیو به علت ابعاد نقطه کانونی یا اندازه چشمه همواره پرتونگاشت هایی با مقداری معین حاشیه تیره تولید می کنند که به آن ناآشکاری هندسی می گویند . نا آشکاری هندسی یکی از فاکتورهای کنترل کننده وضوح تصویر بوده که اغلب در ایالات متحده آنرا Penumbra می گویند. در حقیقت این عامل گویای وضوح مرز اطراف تصویر قطعه یا عیب می باشد. مقدار این ناآشکاری (Ug) که در رابطه (30) داده شده است نسبت به نوع و بزرگی چشمه در شکل( 30) ملاحظه می گردد . در این رابطه S قطر موثر چشمه تابش ، F فاصله چشمه تا فیلم (S.F.d) و a فاصله عیب تا فیلم می باشد :

(30)                               

حداکثر مقدار Ug مربوط به عیبی است که محل استقرار آن حداکثر فاصله تا فیلم را دارا باشد(برای چنین عیبی a=d خواهد بود) ، با استفاده از تشابه به مثلث ها مقدار حداکثر Ug از رابطه (31) بدست می آید که در آنd ضخامت قطعه می باشد .

(31)                      

در نتیجه Ug را می توان با افزایش فاصله چشمه تا فیلم به اندازه دلخواه کاهش داد . اما نمی توان این فاصله را بیش از اندازه بدون این که از افزایش زیاد زمان پرتوافکنی اجتناب شود ، افزایش داد . همچنین رابطه (31) نشان می دهد که هر چه فاصله بین عیب تا فیلم افزایش یابد مقدار ناآشکاری هندسی بیش از پیش افزایش می یابد و بدین دلیل در عمل تمامی تلاش برای به حداقل رساندن این فاصله انجام می گیرد، لذا جسم طوری قرار می گیرد که موقعیت عیب مورد ظن تا حد امکان به فیلم نزدیک باشد .

شکل (31) مقدار ناآشکاری هندسی فیلم

 

به هر صورت هنگامیکه دستگاه پرتو X با کانون میکروسکوپی در محدوده 150-10 میکرومتر بکار گرفته می شود ، حالت خاصی بوجود می آید . با چنین نقطه کانونی کوچکی و با استفاده از یک فاصله کوتاه بین کانون و نمونه و فاصله زیاد بین جسم تا فیلم ، تصویر کمی بزرگ می شود . ولی با این حال باز هم یک مقدار Ug کوچک و قابل قبولی بجا می ماند . مزیت این روش ، که به اسم روش بزرگنمایی تصویری معروف می باشد ، این است که مشکلات ناشی از دانه بندی را که همیشه در تصویر فتوگرافی موجود است و بعضی اوقات می تواند تشخیص عیوب بسیار کوچک را مشکل سازد بر طرف می نماید . در واقع در این روش با گسترش تصویر می توان جزئیاتی که به غیر از این حالت در بین دانه ها از دست می روند را تشخیص داد. رابطه مربوط به Ug را به آسانی می توان بر حسب M (بزرگنمایی تصویری) بیان نمود :

(32)                       Ug=S(M-1)

حال با مراجعه به روش های رایج ، لازم است حالتی که عیب از پهنای تصویر نقطه کانونی (S) باریکتر است را نیز مورد بررسی قرار داد . (شکل 32)

شکل (31) ناآشکاری هندسی ، اثر آن بر روی تصویر عیب کوچک

 

A– بدون ناآشکاری هندسی : تصویر عیب واضح است

B–Ug بزرگتر : تصویر عیب تار شده است

C–Ug باز هم بزرگتر : تصویر عیب تار شده و کمبود تباین ملاحظه می شود C<C₀ در این شرایط تصویرهای نامشخص از هر دو لبه عیب روی هم می افتند و تصویری نتیجه می شود که نه تنها آشکار نیست بلکه تباین آن (C) در مقایسه با تباین یک تصویر از همین عیب که توسط یک منبع نقطه ای تهیه گردیده است (C₀) کاهش یافته است . تباین حقیق تصویر برای یک عیب با پهنای X بوسیله رابطه (33) تعیین می گردد .

(33)

این یک حالت عملی مهم در بررسی تصویر سازی از ترک های نازک ، فضای بین اجزاء و غیره می باشد .

نکته : معمولاً در مشخصه های رادیوگرافی حد Ug را تعیین می کنند .از این رو می بایست با استفاده از آن فاصله کانون تا جسم را مشخص نمود . در این راستا از اصطلاحات ofd ، fod ، ffd و غیره استفاده می شود.

با توجه به مطالب فوق برای بدست آوردن حقیقی ترین و آشکارترین تصویر بایستی شرایط زیر را مهیا نمود :

الف- اندازه چشمه تابشی تا حد ممکن به یک نقطه کانونی نزدیک گردد .

ب- منبع تابش تا حد ممکن از فیلم دور باشد .

ج- جسم تا حد ممکن به فیلم نزدیک باشد .

د- تابش تا حد ممکن به حالت عمودی به فیلم بتابد .

هـ- صفحه فیلم و جسم باید موازی باشند .

در ضمن بایستی بخاطر سپرد که ناآشکاری قابل قبول برای یک روش ممکن است با روش دیگر اختلاف زیادی نداشته باشد . به هر حال ، بصورت یک قانون ، هنگامیکه پرتونگاشت با چشم غیر مسلح رویت شود مقدار ناآشکاری mm25/0 حد قابل قبولی می باشد ولی اگر بهر طریقی پرتونگاشت توسط ذره بین رویت شود مقدار ناآشکاری کمتری حاکم خواهد بود . نهایتاً لازم به ذکر می باشد که عوامل دیگری ممکن است سبب بوجود آمدن ناآشکاری گردند این عوامل عبارتند از :

الف- حرکت : هر حرکت نسبی بین فیلم و جسم ممکن است سبب خارج شدن تصویر از حالت کانونی گردد .

ب- فیلم : هر فیلمی از دانه بندی درشت یا ریزی برخوردار است . فیلم کندتر دانه بندی ریزتری دارد .اگر kV یا زمان ظهور افزوده شود ، دانه ای شدن فیلم افزایش می یابد .

ج- صفحه فزونساز : صفحات فزونساز نمکی همواره اثر مضری بر روی وضوح دارند.

ناآشکاری ذاتی یا نا آشکاری ناشی از فیلم

با نفوذ پرتو ایکس در امولسیون فتوگرافیک ، الکترونها آزاد می شوند . این الکترونها در تمامی جهات انتشار می یابند و با کریستالهای هالید نقره تماس برقرار می سازند . با برقرار شدن چنین تماسی امکان ظهور کریستالهای هالید نقره وجود دارد . نتیجه این که هنگامیکه یک فیلم تابش دیده توسط پرتو X را ظاهر می سازند ، دانه های نقره نه تنها در قسمت هایی از فیلم که تابش دیده است بلکه در حجم محاط بر نقطه امولسیون تابش دیده (حتی با شدت کمتر) نیز تشکیل می گردند . این محدوده سطح مقطع ، نشان دهنده ناآشکاری ذاتی یا ناآشکاری ناشی از فیلم ، U_f می باشد که پهنای آن بوسیله فاصله ای که الکترونها در ماده امولسیون نفوذ کرده اند تعیین می گردد . بنابراین اندازه آن به انرژی پرتو X بستگی دارد . حتی در غیاب نا آشکاری هندسی ، اگر انرژی تابشی به اندازه کافی بالا باشد ، نا آشکاری ناشی از فیلم می تواند بوجود آید . اگر یک ورقه فولادی حاوی یک پله تیز با پرتوهای X پر انرژی رادیوگرافی شود یک تغییر تدریجی در دانسیته فیلم در کناره آن پله «لبه» وجود خواهد داشت (شکل 32) .در شکل a)ملاحظه می شود که اگر هیچ گونه ناآشکاری ذاتی (U_f=0) وجود نداشته باشد یک انتقال آشکار و واضحی بین دو دانسیته وجود خواهد داشت . اما عملاً همانطور که در شکل( d و c و b-32) نشان داده شده است ، دانسیته در اطراف تصویر جسم تغییر می یابد . پهنای این منطقه انتقالی به میلیمتر بیان می گردد و اندازه نا آشکاری ذاتی را مشخص می کند . جدول 1-8 و شکل 4-8 مقدار ناآشکاری فیلم را بطور تجربی با استفاده از فیلم مصرفی با صفحات فزونساز فلزی برای تابش های متفاوت نشان می دهد . این مقادیر بر اساس تابش فیلتر شده و با استفاده از صفحه سربی نازک فزونساز بدست آمده است . صفحات فزونساز ضخیم تر مقادیر بیشتر و صفحات فزونساز نمکی مقادیر خیلی بیشتری را بوجود می آورند .

شکل (32)

منحنی های دانسیته در امتداد محور X ها به منظور وضوح بیشتر بزرگ شده اند (a) – توزیع دانسیته در طول تصویر لبه تیز با فرض اینکه U_f=0 باشد (b)(c)(d) توزیع دانسیته ناشی از ناآشکاری فیلم

(b)– نظری . (c) - با دانه

(d)– اصلاح شده

شکل (33)

 

شکل (33) منحنی تغییرات U_f نسبت به انرژی تابشی برای یک نوع فیلم رادیوگرافی (منحنی تجربی است) .

جدول (30)

 

ناآشکاری کل U_T

برای بدست آوردن بهترین امکان تشخیص عیب (مثلاً برای تشخیص ترک های ریز و درشت) باید ناآشکاری کل را بر روی پرتونگاشت مد نظر داشت . U_f و U_g را نمی توان مستقیماً با هم جمع نمود و ناآشکاری را بدست آورد چون این دو کمیت به روش پیچیده ای با یکدیگر ترکیب می شوند که در این راستا فرمول های متفاوتی پیشنهاد گردیده است .

بطور کل اگر مقدار یکی از انواع ناآشکاری ها (U_f یا U_g) بیش از دوبرابر ناآشکاری دیگر گردد ناآشکاری کل برابر خواهد بود با بزرگترین مقداری که یکی از آن دو ناآشکاری دارا می باشد . اگر دو مقدار ناآشکاری ها با هم برابر باشند ناآشکاری کل 3/1 برابر مقدار یکی از آنها خواهد بود. ناگفته نماند که در استانداردها و مراجع دیگر ناآشکاری کل مورد بحث قرار نگرفته است و ناآشکاری هندسی قابل قبول را معادل ناآشکاری فیلم در نظر می گیرند .

انتخاب فاصله چشمه تا فیلم (s.f.d)

براس بدست آوردن پرتونگاشتی که تا حد ممکن واضح باشد، بگونه ای که حداکثر جزئیات را نشان دهد بایستی ناآشکاری کل را به حداقل رساند . این عمل با تعیین مقدار U_f از شکل (33)یا جدول 30 برای تابش مورد استفاده و برابر گرفتن U_g=U_f بدست می آید . با تعیین ناآشکاری کل می توان s.f.d (یا F) دلخواه را از فرمول زیر محاسبه کرد :

(34)

U_T : ناآشکاری کل به mm

t : ضخامت نمونه به mm

S : قطر موثر چشمه به mm

در برخی شرایط و تجهیزات دست یابی به معیار U_g=U_f ممکن است بیش از حد سخت باشد . در نتیجه با انجام تمهیداتی کدهایی بدست می آیند که توسطآنها منحنی هایی رسم می شوند . با کمک این منحنی ها و صرفنظر کردن از برخی معیارها می توان حداقل فاصله چشمه تا فیلم را بدست آورد .

منحنی مربوط به حداقل s.f.d پیشنهاد شده توسط ISO,IIW,DIN در شکل( 34) آورده شده است که با مقادیر پیشنهاد شده در BS:2600 در سال 1983 تنها کمی متفاوت می باشد .

در شکل(35) خط B در رادیوگرافی هایی مورد استفاده قرار می گیرد که می خواهند بهترین  امکان برای تشخیص جزئیات بر روی پرتونگاشت فراهم گردد (بطور مثال در تشخیص ترک های زیر جوشها) و خط A برای کارهای با اهمیت کمتر بکار می رود .

چون همواره مقداری تیرگی تصویر ناشی از ناآشکاری فیلم بر روی پرتونگاشت وجود دارد ، بنابراین کاهش U_g تا مقادیر خیلی کوچکتر از U_f اهمیت چندانی ندارد.

از اینرو محاسبه حداکثر مقدار s.f.d مفید و چند مثال در جدول 3-8 ارائه شده است .

شکل (34)

 

شکل (34)معیار DIN برای حداقل فاصله چشمه تا فیلم

A– تکنیک عادی

B– تکنیک دقیق با حساسیت بیشتر

F– فاصله چشمه تا فیلم

S– قطر چشمه

t– ضخامت نمونه

جدول(31) حداکثر فاصله مفید چشمه تا فیلم

 

انرژی تابشی – انتخاب کیلوولتاژ

تنها با یکبار انتخاب صحیح فاصله چشمه تا فیلم ، می توان کیلوولتاژ مناسب و دقیق را بر حسب «پرتوافکنی – زمان» از نمودار پرتودهی بدست آورد. اهمیت انتخاب صحیح کیلوولتاژ ، بطور قابل ملاحظه ای بر حسب محدوده کیلوولتاژ مورد استفاده تغییر می کند . در ولتاژهای زیر kV150 انتخاب حساس می باشد که با کاهش بیشتر ولتاژ برحساسیت افزوده می شود . در جدول 4-8 قانونی تجربی در این مورد ارائه گردیده است.

جدول (32) انتخاب kV بطوریکه (mm) A+B.t = (کیلوولت) V

از kV 400-200 تنها یک تغییر قابل ملاحظه در kV در حدود kV 40-30 سبب تغییر مشهودی در حساسیت عیب خواهد شد و در محدوده مگاولتاژ (Mev30-2) انرژی دقیق پرتوX از نقطه نظر حساسیت عیب نسبتاً بی اهمیت می باشد.

پرتوهای گاما

تغییر دادن انرژی تابشی انتشار یافته از یک چشمه گاما از یک چشمه گاما غیر ممکن می باشد ، لذا لازم است محدوده ای از ضخامت ها را که در آن محدوده ، امکان آزمایش موفقیت آمیز با هر رادیوایزوتوپی وجود دارد تعیین نمود. حد بالای این محدوده با توجه به قدرت چشمه هایی که به طور تجارتی قابل دسترس می باشند و همچنین حداکثر پرتوافکنی – زمان قابل قبول ، تعیین می گردد .

حد پایینی به کاهش حساسیت عیب بستگی دارد . این حد هنگامی تعیین می گردد که از یک انرژی تابشی معین برای نمونه های بتدریج نازک شونده استفاده شود .

بنابراین حد پایین اختیاری می باشدو بر اساس مقایسه حساسیت ، با عیبی که از رادیوگرافی خوب با پرتو X قابل حصول می باشد ، پایه گذاری شده است .جدول( 33)محدوده های ضخامت تعیین شده معمول را نشان می دهد .

اگر به صرف سادگی عمل از پرتوهای گاما برای نمونه های نازک استفاده شود بایستی دقیقاً در نظر داشت که پرتونگاشت های حاصل ، از نظر تشخیص عیوب معادل پرتونگاشت های خوب با پرتو X نیستند.

ملاحظات هندسی دیگر

قانون عکس مربع ها

شدت تابش بر واحد سطح فیلم متناسب با عکس مربع فاصله چشمه تا فیلم (s.f.d) است .همچنانکه در شکل(34) ملاحظه می شود در فاصله 2F از چشمه ، دسته پرتوها سطحی معادل (b) را می پوشانند که چهار برابر بزرگتر از سطح متناسب با (a) در فاصله F می باشد در نتیجه شدت در واحد سطح در (b) به یک چهارم کاهش می یابد و می توان نوشت :

شدت پرتو در سطح (a) = شدت پرتو در واحد سطح (b)

(37)

بر طبق رابطه (37) با فاصله گرفتن از چشمه، شدت پرتو دریافتی توسط فیلم و یا توسط اپراتور با عکس مربع فاصله کاهش می یابد و این افزایش فاصله از دیدگاه رادیوگرافی سبب افزایش شدت زمان پرتوافکنی می شود ولی از دیدگاه ایمنی سبب کاهش شدید میزان دز دریافتی توسط اپراتور می گردد .

شکل (34) قانون عکس مربعها

 

پیشگیری پیچیدگی تصویر

بر روی یک پرتونگاشت ، نمونه سه بعدی بر روی یک صفحه دو بعدی (فیلم) ارائه گردیده است ، در نتیجه سیمای تصویر نمونه و هر نوع عیبی ، هر دو بستگی به جهت تابش دارد . بطور مثال همانگونه که در شکل (35) نشان داده شده ، تصویر یک حفره گازی کرمی شکل بر حسب زاویه دست پرتو ممکن است گرد یا کشیده شود .

شکل (35 )پیچیدگی تصویر از یک حفره دراز گازی ناشی از زاویه دسته پرتوتابشی

 

به طور معمول دسته پرتوتابشی باید نسبت به صحفه فیلم قائم باشد و نمونه ها باید تا حد امکان بصورت تخت بر روی نگهدارنده فیلم قرار گیرند ، ولی در مواردی تابش های با زاویه خاص می توانند مفید باشند . شکل( ذوب ناکافی دیواره را در یک جوش با شیار V شکل نشان می دهد . همانگونه که در این شکل ملاحظه می شود ، با استفاده از پرتوتابشی به موازات صفحه دیواره V جوش ، عیب بهتر نشان داده می شود .

هنگام تهیه پرتونگاشت از قطعات کوچک و پیچیده ریختگی دقت زیادی در طراحی دستورالعمل رادیوگرافی لازم است تا نمونه به طور کامل پوشش داده شود .(شکل 36)

شکل (35) ذوب ناکافی در یک جوش با لبه سازی V شکل

 

تابش A : شانسی برای نشان دادن این عیب را ندارد .

تابش B : آنرا تشخیص می دهد .

شکل 36) ) رادیوگرافی قطعات ریختگی پیچیده

 

محتلمترین موقعیت برای یک عیب انقباضی در نقطه X است در صورتی که سه پرتونگاشت نشان داده شده این منطقه را مورد بازرسی قرار نمی دهند.

لازم به ذکر است که هنگام رادیوگرافی نمونه های انحنا دار همچون جوشهای محیطی که فیلم به جداره داخلی چسبیده است (شکل 37) تصاویر عیوب به صورت کشیده شده در انتهای فیلم دیده می شوند. همچنین به علت افزایش طول مسیر نفوذ پرتو در کناره ها ، نسبت به مرکز پرتونگاشت ، کاهش در دانسیته فیلم بوجود خواهد آمد . بنابراین طول مفید فیلم محدود می باشد.

شکل (37) رادیوگرافی جوش لوله با فیلم از داخل

 

تصاویر عیوب در پایانه های فیلم پیچیده ، ضخامت نفوذ در پایانه های فیلم بیشتر ، لذا دانسیته فیلم کمتر و تشخیص عیوب ضعیف تر است .

پیدا کردن عمق عیب

چون یک پرتونگاشت تصویری دو بعدی از یک جسم سه بعدی را ارائه می دهد لذا عمق عیب را توسط آن نمی توان استنتاج نمود . تعیین عمق عیوب غیر قابل قبول بر روی نمونه های با ضخامت بیش از mm25 ، بگونه ای که حداقل مقدار فلز به منظور برداشت عیب لازم باشد از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

روش 90 درجه

برای نمونه های گرد ، چهارگوش و یا نمونه های با مقطع مربع مستطیل در اندازه محدود ، دو عدد پرتوافکنی با زاویه های عمود بر هم بر روی فیلم های جداگانه انجام می گیرد و از هر یک از پرتونگاشت ها عمق تعیین می گردد .

روش جابجایی دستگاه

در این روش دو پرتوافکنی از دو نقطه متفاوت بر روی یک فیلم هر مرتبه با زمانی معادل نصف زمان پرتوافکنی کل، انجام می گیرد .نکاتی که می بایست در این روش مد نظر داشت عبارتند از :

الف- مقدار جابجایی بایستی حدود ffd باشد .

ب- جابجایی به طور نسبی می باشد بطوریکه می توان بجای تغییر مکان دستگاه ، نمونه را جابجا کرد .

ج- در هر دو حالت چه دستگاه جابجا گردد یا چه قطعه جابجا شود موقعیت فیلم باید نسبت به قطعه ثابت باشد . همانگونه که در شکل (38) ملاحظه می شود مقدار عمق عیب نسبت به سطح فیلم به صورت زیر بدست می آید .

(37)

شکل (38)

 

روش نشانگر سربی

در این روش همانگونه که در شکل (38) ملاحظه می شود ، عمقی از عیب را می توان بدرستی از راه زیر تعیین نمود : بعد از گذاشتن یک حرف سربی بر روی دو طرف جسم مورد بازرسی ، دستگاه پرتو X بطور متوالی در موقعیت های A,B قرار می گیرد و در هر موقعیت یک  عمل رادیوگرافی به مدت نصف زمان کل پرتوافکنی لازم انجام می گیرد . بدین طریق دو پرتونگاشت که رویهم افتاده اند بدست می آید و مقدار جابجایی تصاویر حرف سربی و عیب ناشی از جابجایی منبع بر روی فیلم را می توان اندازه گیری کرد. از آنجا که ضخامت قطعه (X) مشخص می باشد ، عمق عیب (d) را براحتی می توان از راه محاسبه ، یا تشکیل گراف ساده ای ، همانطور که در شکل 11-8 نشان داده شده است ، بدست آورد.A,B,C از روی فیلم اندازه گیری می شوند و با رسم آنها و شیب  نقاط R,Q,P بدست می آیند . سپس با قطع دادن RS=d عمق عیب از روی قطعه بدست می آید .

شکل.(38)

اگر به عمق عیب نیاز باشد و تشخیص عیب بر روی پرتونگاشت براحتی مقدور شود در این صورت دو پرتوافکنی مورد نیاز را می توان بر روی یک فیلم انجام داد (برای هر مرتبه نصف زمان پرتوافکنی).

مزیت روش ترسیمی این است که نیازی به دانستن ضخامت دقیق قطعه نمی باشد. بخصوص که اندازه گیری آن بر روی بعضی از قطعات سازه ای پیچیده مشکل می باشد .

کیفیت تصویر- حساسیت

مقدمه

حساسیت حدی است که یک پرتو نگاشت قادر است جزئیات یک اندازه نسبی داده شده را واضح نشان دهد. حساسیت بدین معنا نباید با حساسیت به معنی سرعت امولسیون اشتباه گرفته شود. به طور عام قابلیت تشخیص یک عیب بر روی پرتو نگاشت به عوامل زیر بستگی دارد:

1-    کیفیت تابش

2-    کیفیت فیلم

3-    شرایط فیلم خوانی

کیفیت تصویر توسط تباین تصویر، آشکاری تصویر و دانه بندی فیلم تعیین می گردد. تباین تصویر بوسیله عوامل زیر کنترل می شود:

-        اختلاف در ضخامت نمونه

-        اختلاف در شفافیت نمونه یا عیوب نسبت به پرتو

-        شکل و موقعیت عیوب

-        کیفیت تابش

-        مقدار تابش پراکنش نموده

-        فیلتر کردن

عوامل زیر بر آشکاری تصویر موثرند:

-        اندازه موثر نقطه کانونی یا چشمه تابش

-        فاصله چشم تا جسم

-        فاصله جسم تا فیلم

-        تماس بین صفحات و فیلم

-        نوع صفحات فزونساز بکار رفته

-        انرژی تابش به کار رفته

کیفیت فیلم تحت دانسیته به کار رفته توسط تباین آن، قدرت تشخیص و دانه بندی آن تعیین می گردد که موضوع آن خر بوسیله عوامل زیر کنترل می گردد:

-        ضخامت لایه امولسیون

-        غلظت دانه های نقره در امولسیون (نسبت نقره به ژلاتین)

-        اندازه توزیع دانه های نقره

-        انرژی تابش به کار رفته

از این عوامل تنها آخرین مورد تحت کنترل پرتو نگار خواهد بود و بقیه خواص ذاتی مربوط به ساخت فیلم می باشد. نهایتاً شرایط فیلم خوانی تحت اثر عوامل ذیل است:

-        شدت نور صفحه رویت چراغ فیلم خوانی (نورانی بودن آن)

-        روشنی محیط (اطاق فیلم خوانی)

-        نفوذ و یکنواختی صفحه رویت چراغ فیلم خوانی

-        روشنایی

-        پوشاندن اطراف فیلم

-        قدرت دید مفسر فیلم

شرایط فیلم خوانی در فصل بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مشخص کننده های کیفیت تصویر:

برای آنکه بتوان کیفیت تصویر پرتو نگاشت را تعیین نمود لازم است آن را تبدیل به یک مقدار عددی نمود، بدین منظور از مشخص کننده های کیفیت تصویر یا I.Q.I که در آمریکا به نفوذ سنج شناخته شده است استفاده می شود.

مشخص کننده های کیفیت تصویر به طور نمونه عبارتند از یک سری میلهه ای سیمی با قطر های مختلف، با یک سری تسمه های کوچک به ضخامت های متفاوت که بر روی آنها سوراخ های کوچکی به قطر های مختلف ایجاد شده است. مشخص کننده های کیفیت تصویر در تماس با جسم مورد پرتو نگاری در طرف منبع تابش اعم از X یا قرار می گیرند.

حساسیت پرتو نگاشت بر حسب شماره نازکترین میله ای که هنوز قابل رویت می باشد بیان می گردد. در این حالت صحبت کردن از عدد کیفیت تصویر می باشد که در اختصار آلمانی آن را BZ نشان می دهند. همچنین می توان حساسیت را بر حسب درجه تعیین نمود.

برای مثال اگر قطر مورد آزمایش باشد «حد تشخیص میله» که در اختصار آلمانی آن را DE نشان می دهند برابر با 5% خواهد بود. مشخص کننده های کیفیت تصویر مورد استفاده بایستی از جنس همان ماده مورد آزمایش باشند.

مشخص کننده های کیفیت تصویر ضمانت تشخیص عیب با اندازه معادل را فراهم نمی کنند. به طور مثال بی مفهوم خواهد بود اگر ادعا شود چون میله ای با 2% ضخامت نمونه را در بر گرفته، قابل تشخیص است.

طرح های متعددی برای I.Q.I ابداع شده است ولی امروزه سه طرح اصلی زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

1-    نوع میله ای (مورد استفاده در بیشتر کشور های اروپایی)

2-    نوع میله ای سوراخ دار (اساساً مورد استفاده در فرانسه)

3-    نوع پلاک های سوراخ دار (مورد استفاده در آمریکا)

علاوه بر موارد فوق نوع جدیدی که هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته نوع جفت میله ای می باشد که توسط کشور انگلستان پیشنهاد شده است.

در این سه نوع، تغییراتی بر حسب کاربرد های خاص اعمال گردیده و گرد همآیی هایی توسط ارتش، نیروی دریایی، صنایع نفت و غیره در این رابطه انجام گرفته است. در ادامه این چهار نوع به تفصیل توضیح داده می شوند.

مشخص کننده کیفیت تصویر از نوع میله ای بر اساس استاندارد DIN 54109 (1962)

در DIN 54109 نظامی برای دسته ای از I.Q.I ها که هر کدام دارای یک سری میله های موازی با قطر های مختلف می باشند تدوین گردیده است. شکل 1-10 یکی از سه اندازه استاندارد از I.Q.I را نشان می دهد که هر کدام دارای هفت میله می باشند و قطر میله ها طبق جدول 1-10 به طور هندسی افزوده می گردد. هر میله با عددی مشخص شده که در آلمان به آن شماره BZ می گویند. I.Q.I های استاندارد آلمانی عبارتند از DIN1/7 با میله هایی از 1 تا7، DIN 10/16 , DIN 6/12.

میله های I.Q.I نوع DIN از جنس فولاد، آلومینیوم و یا مس ساخته می شوند و کیفیت تصویر توسط نازکترین میله ای که تصویر آن بر روی پرتو نگاشت قابل تشخیص و خواندن است تعیین می گردد.

شکل (39)

مشخص کننده کیفیت تصویر نوع میله ای بر حسب DIN 54110 (1954) :

این نوع I.Q.I های میله ای در سال 1962 از رده خارج و I.Q.I های نوع DIN54109 جایگزین آن شده اند. این I.Q.I ها مانند نمونه قبل دارای میله های موازی با فاصله یکسان می باشند ولی قطر یمله در آنها به صورت تصاعدی افزوده شده است. طرح های I.Q.I میله ای توصیه شده بوسیله استاندارد انگلیسی (BS: 3971: 1980) ، استاندارد بین المللی (ISO- 1027- 1983 E) و انستیتو بین المللی جوشکاری (II S- II W- 6260) IIW بجز علامت های شناسایی بر روی آنها اساساً شبیه هم هستند. در استاندارد انگلیسی (BS) شماره های میله ها در جهت مخالف با روش DIN افزایش میابد. به این معنی که در مقایسه با جدول شماره (39) میله شماره 1 قطری معادل 032/0 میلیمتر  و میله شماره 21 از قطری معادل 2/3 میلیمتر برخوردار است.

شکل (40)

مشخص کننده کیفیت تصویر نوع پله ای سوراخدار (شکل 40):

فرانسوی ها ابداع کننده این نوع از مشخص کننده ها می باشند ولی در حال حاضر در استاندارد های BS: 3971: 1980 ، در انستیتو بین المللی جوشکاری (IIW) و استاندارد بین المللی (ISO) مورد توجه قرار گرفته اند.

این نمونه ها به شکل گوه فلزی پله دار از جنس مشابه قطعه مورد پرتو نگاری بوده که در آن ضخامت پله ها به تدریج به صورت خطی افزوده می شود و هر پله دارای یک یا چند سوراخ با قطر معادل ضخامتش می باشد. مدل های مختلفی از گوه پله ای وجود دارد. اغلب مشخص کننده های گوه ای با پله های چهارگوش مربع شکل در ابعاد mm15×15 و نمونه های پله ای هگزاگونال با پله های مثلثی به ضلع mm14 می باشند (شکل40).

بر روی پله هایی با ضخامت کمتر از mm8/0 دو سوراخ به قطر ضخامت پله ایجاد می شود. .وقتی پله ای قابل رویت در نظر گرفته می شود که تمامی سوراخ های موجود در آن پله خاص بر روی فیلم به وضوح قابل مشاهده باشند.

مشخص کننده بر روی جسم مورد آزمایش در طرف چشمه و در تماس نزدیک با آن قرار می گیرد.

در استاندارد BS: 3971: 1980 حساسیت مشخص کننده بر حسب درصدی از قطر کوچکترین سوراخ قابل رویت به ضخامت قطعه بیان می گردد. در صورتی که استاندارد فرانسوی AFNOR. NF. A. 04. 304-1958 در مدارد استاندارد بین المللی (ISO) و انستیتو بین المللی جوشکاری (IIW) یک روش تکمیلی به نام مشخصه رویت پیشنهاد شده است. در این روش تعداد سوراخ های قابل رویت (a) بر روی هر پرتو نگاشت یادداشت می شود. سپس با احتساب حد رویت توسط قطر سوراخی که مساوی با بیش از 5% ضخامت قطعه مورد بررسی می باشد تعداد سوراخ هایی را که می بایست در بالاتر از این حد قابل رویت باشند، شمارش می کنند (b).

بایستی یادآوری شود که هر گروه از سوراخ های کوچک در محاسبه (a) و (b) فقط به عنوان یک سوراخ در نظر گرفته می شوند. شاخص رویت N از طریق رابطه (39) بدست می آید:

N=a-b                           (39)

مقدار N می تواند مثبت، منفی یا صفر باشد و با افزایش مقدار N کیفیت بهبود میابد.

مشخص کننده های آمریکایی:

نظام آمریکایی بر اساس استفاده از پلاک های (ورقه های) کوچک فلزی (از جنس فولاد، آلومینیوم، مس، منیزیم و غیره) که ضخامت آنها معمولاً برابر 2% ضخامت ماده پرتو نگاری می باشد پایه گذاری شده است. پلاک ها بر روی خود علائم نشان دهنده ضخامت (به اینچ) و بعضی اوقات علائمی که نشان دهنده ماده ای که می توان آنها را برای آن بکار  برد حکاکی شده اند (شکل41).

بر روی هر پلاک سه سوراخ به قطر های T,2T, 4T که T دعبارت است از ضخامت پلاک، ایجاد شده است. یک حد عدم رعایت در پلاک های نازک تر وجود دارد به طوری که در آنها حداقل قطر سوراخ ها 1% ، 2% ، 4% می باشد (نه دقیقاً T,2T, 4T). پلاک باید از جنس نمونه باشد.

شکل (42( نفوذ سنج نوع پلاکی ASTM

در ابتدا الگویاستاندارد مورد استفاده یک پلاک با ئضخامت 2% ضخامت نمونه بوده است ولی در حال حاظر پلاک های 1% و 4% نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

برای بیان حساسیت بدست آمده دو روش مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر 2%, T ضخامت قطعه باشد و سوراخی به قطر 2T را بر روی پرتو نگاشت بتوان دید، گفته می شود حد حساسیت (2-2T) می باشد. همچنین حساسیت های معادل بر حسب جدول (41) مورد استفاده قرار می گیرند.

در این خصوص استاندارد ASTM اطلاعات دقیق تری را به ش.رح زیر ارائه می دهد:

بعضی از مشخصه های آمریکایی دو نوع حساسیت را بیان می کنند. ضخامت نازک ترین پلاک که می توان آن را دید حساسیت تباین یا حساسیت ضخامت و اندازه کوچکترین سوراخ ایجاد شده «حساسیت تفصیلی» نامیده می شود.

جدول (41) سطوح حساسیت بر حسب ASTM

مشخص کننده های کیفیت تصویر جفت میله ای:

در سال 1968 جزئیاتی از یک مشخص کننده جدید کیفیت تصویر توسط آزمایشگاههای تحقیقاتی مرکز الکتریسیته (CERL) در انگلستان انتشار یافت که درک جدیدی در طراحی مشخص کننده های کیفیت تصویر ارائه می دهد. مقدار درصد معمول حساسیت پرتو نگاشت توسط مقادیری مستقل از هم تحت عنوان تباین تصویر (حساسیت، ضخامت، میلیمتر) و وضوح تصویر (آشکاری) جایگزین می شود. این موضوع با استفاده از دو  مشخصه کننده متفاوت حاصل می گردد. یک پله چهارگوش تخت (قسمت A از I.Q.I) و یک سری میله یا تسمه های نازک با مقطع چهارگوش که جفت جفت موازی و با فاصله کم از یکدیگر می باشند (قسمت C,B). پله ها درست هم جنس با فلز مورد بازرسی هستند و مقادیر تباین را مستقل از تغییران ناآشکاری تامین می نمایند.

اجزاء جفتی، تصاویر با تباین بالا خواهند داد که به کمک آنها می توان مقادیر ناآشکاری را بدست آورد.

مشخص کننده های کیفیت تصویر جفت میله ای قسمت C,B با کمی تغییرات در استاندارد BS: 3971: 1980 همچون نوع IIIA, IIIB (علاوه بر نوع های میله ای و پله ای سوراخ دار که قبلاً شرح داده شد) آورده شده اند (شکل43).

اجزاء قسمت A در طراحی CERL عبارتند از پلیت های فولادی با ابعاد mm5/7 ×mm5 که در یک پلاستیک قابل انعطاف جا گرفته اند و ضخامت mm13/0 تا mm5 برخوردارند. این قسمت از مشخص کننده های کیفیت تصویر CERL، تنها وقدار حساسیت تباین یا ضخامت را می دهند.

شکل (43)

قسمت های جفت میله ای مشخص کننده کیفیت تصویر هر کدام عبارت از جفت میله ها یا تسمه هایی از جنس فلز پر داننسیته نظیر Pt و W می باشند که ابعاد آنها بر حسب افزایش قطر درجه بندی شده اند. این نوع I.Q.I ها پرتو نگاری کلیه مواد، قابل استفاده هستند. میله ها یا تسمه ها mm15 طول دارند و در یک طرف سطح پلاستیک محکم قالب گیری شده اند. قالب گیری هر I.Q.I یک رنگ مشخص دارد، بطوریکه هنگام استفاده به راحتی قابل تشخیص می باشد و بر روی طرف چشمه آن علامت شناسایی مناسبی حک شده است. ناآشکاری کلی تصویر از طریق بازرسی ظاهر تصاویر هر جفت جزء بر روی پرتو نگاشت بدست می آید. با آشکاری خوب، تصویری معمولی از جفت جزء به دست می آید. چنانچه وضوح بد تر باشد این جفت تصویر در هم رفته و تبدیل به یک تصویر یگانه می شوند و این تغییر براحتی بر روی پرتو نگاشت مشاهده می شود.

برای بدست آوردن ناآشکاری بر روی تصویر از طرف میله ها با تسمه های ضخیم به طرف نازک حرکت کرده و هر کجا تصویر جفت میله یا جفت تسمه در هم رفته است ناآشکاری را تعیین می کنند و مقدار آن برابر است با پهنای یکی از میله هایی که تصویرش با جفت خود در هم رفته بعلاوه فاصله بین دو میله (مقادیر در جدول42) مشاهده می شود). برای بازرسی کردن کوچکترین جزء تصاویر یک مقدار بزرگنمایی چشمی نیاز می باشد.

جدول( 42)

هر دو نوع IIIB, IIIA I.Q.I بر حسب شرح آمده در BS: 3971: 1980 در عمل یکسان هستند ولی در محدوده های کاربردآنها بر حسب روش های پرتو نگاری مختلف، با یکدیگر متفاوت هستند.

-    نوع IIIA برای پرتوX تا انرژی kV400 و فولاد تا ضخامت 90 میلیمتر یا سایر مواد معادل آن مناسب می باشد.

-  نوع IIIB برای رادیوگرافی با سطح انرژی بالاتر و فولاد تا ضخامت 200 میلیمتر یا معادل آن مناسب می باشد. در نحوه قرار دادن آن باید دقت نمود که اجزاء آن تقریباً در مرکز یا درست مقابل دسته پرتو مرکزی قرار گیرند.

شماره های اجزاء و نا آشکاری مربوط به آنها بر حسب استاندارد BS: 3971: 1980 در جدول (43) آورده شده است، از آنجا که کوچکترین ناآشکاری که می توان آن را اندازه گرفت mm1/0 می باشد از این رو I.Q.I با میله های دوگانه برای نمونه های نازک یا روش های کم انرژی مناسب نیست.

همچنین به علت ساختار محکم آن همیشه نمی توان آن را بر روی سطح خمیده مثل جوش لوله ها مورد استفاده قرار داد. ساخت این نوع I.Q.I خیلی گرانتر از انواع شرح داده شده دیگر می باشد و محدودیت هایی نیز در بر دارد. ولی علی رغم این، اطلاعاتی را ارائه می دهد که توسط انواع دیگر قابل حصول نیست و همچنین به نظر می رسد کمتر به خطا های خواندنی حساس باشد. میله های خیلی نازک تا حد mm2% را به راحتی می توان از فولاد ساخت. در صورتی که نته زدن سوراخ های خیلی کوچک مشکل است و گران تمام می شود.

 

 

موقعیت I.Q.I

برای اینکه فاکتور های کنترل کننده وضوح اعتباری داشته باشند، I.Q.I باید در طرف چشمه قرار گرفته باشد و ضخامت کل آن طوری باشد رکه با ضخامت نمونه مطابقت داشته باشد.

در مواردی اگر طرف مورد نظر نمونه قابل دسترس نباشد I.Q.I در طرف فیلم قرار داده می شود. ولی در این شرایط I.Q.I تحت تاثیر ناآشکاری هندسی قرار نمی گیرد و قضاوت بر کیفیت تصویر عیوب داخل نمونه از اعتبار کمتری برخوردار است.

جدول( 43)

اطلاعات مربوط به حساسیت I.Q.I:

برای این که کار عملی اعتباری داشته باشد، حساسیت بدست آمده از I.Q.I باید با مقادیری که نشان دهنده حساسیت هایی قابل حصول به روش خوب و یا با مقدار خخواسته شده توسط استاندارد های مربوطه، قابل مقایسه باشد.

یک چنین جدول هایی از مقادیر قابل حصول در DIN 54109 part 1: 1962, BS: 3971: 1980 و در ISO 2504-1973 برای کلاسهای مختلف بازرسی توسط رادیوگرافی آمده است .

اطلاعات ارائه شده در استاندارد BS:3971:1980 در جدول( 44) نشان داده شده است .

جدول (44) حساسیت های مشخص کننده کیفیت تصویر

«اگر حساسیت I.Q.I بدست آمده بهتر از مقادیر داده شده در این جدول نباشد (یا مقادیر بیرون از محدوده مناسب باشد) نشان دهنده آن است که روش های رادیوگرافی بدرستی اعمال نگردیده اند». (BS: 3971: 1980)

نکته مهم آن است که مقبولیت مقدار حساسیت I.Q.I بر حسب درصدی از ضخامت نمونه بیان شده باشد بایستی به خاط سپرد که مقدار حساسیت با شماره کمتر، بیان کننده حساسیت بهتر است (یعنی بالاتر).

جدول( 45) مقررات استاندارد DIN 54109 (1962) را برای حساسیت I.Q.I نشان می دهد. در این جدول کاربردها به دو دسته تقسیم شده اند.

جدول (45) مقررات استاندارد DIN برای حساسیت های I.Q.I میله ای

طبقه1- پرتو نگاشت های با حساسیت بالا

طبقه2- پرتونگاشت های با حساسیت عادی

BZ- شماره میله ای (جدول 40) که بایستی بر روی پرتو نگاشت قابل رویت باشد.

این مشخص کننده های میله ای همچنین برای آزمون جوش ها توسط پرتوهای گاما و X بر حسب استاندارد DIN 54111 مورد استفاده قرار می گیرند.

نحوه قرار گیری I.Q.I

-    I.Q.I بایستی بر روی حداکثر ضخامت منطقه مورد رادیوگرافی قرار گیرد و اگر قطعه از ضخامت های متفاوت برخوردار باشد I.Q.I های متناسب با این ضخامت ها بر روی قطعه قرار می گیرند.

-   نازکترین میله یا پله I.Q.I (بجز I.Q.I دوگانه و پلاک که در وسط قرار می گیرند) در منتها علیه قطعه مورد پرتو نگاری قرار می گیرد.

-       I.Q.I باید تا حد ممکن بر روی جوش و در طرف چشمه قرار گیرد.

-       اگر مساله عدم دسترسی وجود دارد می توان I.Q.I را طرف فیلم قرار داد و بر اساس استاندارد BS حروف سربی «FS» را در کنار آن قرار داد. البته استاندارد های دیگر نیز چنین روشی را رعایت می کنند ولی برای همه آنها یکسان نیست. نکته ای که باید در نظر داشت این است که تصویر I.Q.I قرار گرفته در طرف فیلم معیار مناسبی برای قضاوت در مورد میزان حساسیت نمی باشد بلکه یک مقایسه نسبی است (شکل 5-10).

گروه بندی فلز I.Q.I:

همان گونه که در قسمت های قبل بیان گردید I.Q.I های تجارتی موجود از جنس منیزیم، آلومینیوم، آهن و مس می باشند. هرکدام از اینها برای آلیاژ های پایه این فلزات و خود فلز خالص بکار گرفته می شوند. برای موادی که در این محدوده نمی گنجد طبیعی است که باید از مشخص کننده کیفیت تصویری استفاده شود که دانسیته آن نزدیکترین دانسیته به فلز مورد نظر باشد. از این رو مواد مختلف با این ذهنیت گروه بندی شده اند، اگر چه مشکل است بتوان بعضی آلیاژ های مورد استفاده را در یک گروه جای داد. جدول 7-10 تنها برای راهنمایی آورده شده است و کاربردهای I.Q.I های مختلف را برای آلیاژ های خاص نشان می دهد.

شکل (44)

جدول (46) جنس I.Q.I را برای آلیاژ های مختلف اعم از کار شده یا ریخته گری شده نشان می دهد.

جدول( 46)

جدول( 46)

نمودار I.Q.I

نمودار I.Q.I به منظور تعیین نوع I.Q.I و پله یا میله مورد نظر برای یک حساسیت مشخص شده بکار می رود (جدول 8-10). اگر چه نمودار برای تمامی مواد بکار گرفته می شود ولی بایستی نوع ماده مشخص شود. قطر میله محاسبه شده (ضخامت پله) از طریق فرمول (41) بدست می آید.

(41)

ضخامت مورد نظر عبارت است از حد اکثر ضخامت ماده که منجر به تصویر مورد تفسیر گردیده است. قطر میله (ضخامت پله) انتخاب شده آن است که معادل یا بزرگترین مقدار، کوچکتر از مقدار محاسبه شده باشد. هر کجا به اندازه کافی جای انتخاب وجود دارد، بهتر است میله (پله) انتخاب شده نزدیک مرکز I.Q.I داده شده باشد . این کار دامنه وسیعتری را در هر دو جهت برای تعیین حساسیت با استفاده از I.Q.I مجاز می نماید .

جدول( 47)

 

فیلم خوانی

مقدمه:

به منظور ارزیابی حساسیت I.Q.I و تفسیر کردن تصویر، فیلم در پشت یک صفحه نورانی با روشنایی متناسب با دانسیته فیلم قرار می گیرد به طوری که از رسیدن نور از لبه های فیلم و یا از مناطق کم دانسیته به چشم جلوگیری شود. فراهم نمودن شرایط خوب برای فیلم خوانی اهمیت زیادی دارد و ممکن است اطلاعاتی روی یک پرتونگاشت وجود داشته باشد که به علت شرایط بد فیلم خوانی رویت نشوند.

استاندارد بین المللی انستیتو جوشکاری (IIW) انتشارات مشروحی به چاپ رسانیده (IIS- IIW- 355-69) که در آن مشخص گردیده که روشنایی حاصل از یک پرتو نگاشت نوردیده نباید از 30 شمع بر متر مربع  کمتر و تا حد امکان تقریباً 100 شمع بر متر مربع باشد. این مقدار حد اقل نیاز به یک چراغ نوردهی 3000 شمع بر متر برای فیلمی با دانسیته 2 دارد و مشکلات عملی برای تامین روشنایی لازم برای فیلم هایی با دانسیته بیش از 3 قابل ملاحظه می باشد. رنگ نور می بایست ترجیحاً سفید و نافذ باشد. البته کاملاً نافذ لازم نیست. پرتونگاشت باید با دقت لازم در یک اتاق تاریک یا در بسته مورد آزمایش قرار گیرد بطوریکه کمترین حد ممکن نور، از سطح فیلم مستقیماً بطرف مفسر فیلم بازتابش نماید.

اطاق فیلم خوانی لازم نیست کاملاً تاریک باشد. اگر مفسر در روز کاملاً روشن وارد اتاق فیلم خوانی شود بایستی زمانی را جهت عادت کردن چشم هایش به تاریکی صرف نماید و هرچند وقت یکبار باید آزمایش چشم انجام دهد بطوریکه دید او دقت کافی را از فاصله نزدیک (حدود 250 میلیمتر) داشته باشد و هر ذره بین با قدرت کم (بزرگنمایی سه تا چهار برابر) در اختیار داشته باشد.

مشکل اصلی در ساخت جعبه ای برای فیلم خوانی فیلم های با دانسیته های خیلی زیاد، انتشار حرارت از لامپها می باشد ولی اگر منطقه فیلم محدود باشد استفاده از یک شیشه جاذب حرارت بین فیلم و لامپ با یک دمنده کوچک کار را آسانمی کند. بدین طریق می توان یک Photo Flood کوچک ساخت که برای بررسی فیلم های با دانسیته های تا 5/3 مناسب باشد. در نهایت شرایط فیلم خوانی به شرح زیر خلاصه می گردد:

شرایط فیلم خوانی:

در هنگام فیلم خوانی باید به موارد زیر توجه نمود.

الف: اطاق کار تاریک باشد.

ب: چراغ فیلم خوانی تمیز باشد.

ج: نور به اندازه کافی از چراغ فیلم خوانی ساطع شود و حد اقل شدت نور خروجی از چراغ فیلم خوانی 300 شمع بر متر مربع باشد.

د: چشم باید به شرایط تاریک عادت کرده باشد. برای تطابق کلی حدود 20 دقیقه زمان لازم است.

ه: به منظور جلوگیری از خستگی، وضعیت استقرار مفسر در هنگام رویت فیلم ها راحت باشد.

و: به منظور جلوگیری از خستگی نه تنها باید وضعیت استقرار مفسر راحت باشد بلکه بایستی زمانی که صرف خواندن پرتو نگاشت ها می شود محدود  باشد.
رادیوگرافی قطعات با ضخامت های متفاوت:

مقدمه:

از منحنی مشخصه مربوط به فیلم رادیوگرافی براحتی می توان مشاهده نمود که اگر برای یک فیلم با دانسیته مشخص ضخامت متوسط یک نمونه پرتو افکنی شده بطور مثال عدد 2 در نظر گرفته شود، قسمت های نازکتر نمونه دانسیته های بالاتری خواهند داشت به گونه ای که ممکن است آنقدر دانسیته بالا باشد که خواندن فیلم به راحتی انجام نگیرد. بر عکس بر روی قسمت های ضخیم تر نمونه دانسیته فیلم کمتر است و به دنبال آن گرادیان (تباین) فیلم نیز کم خواهد بود. لذا حساسیت نسبت به رویت عیوب ضعیف تر می شود. بنابراین برای آنکه بتوان تغییرات ضخامت یک نمونه را بر روی یک پرتو نگاشت آزمایش نمود حدی از تغییرات ضخامت وجود دارد.

تعدادی از روش های عملی که قادرند از پرتو دهی اضافی بر روی فیلم در پشت مقاطع نازک و یا فقدان پرتو دهی در پشت مقاطع ضخیم جلوگیری نمایند عبارتند از:

الف) انجام پرتو دهی همزمان بر روی دو فیلم با سرعت های متفاوت (بطور مثال فیلم های Structurix D7, D4)). این آسان ترین و عملی ترین روش می باشد.

ب) انجام دو پرتو افکنی بر روی فیلم هایی با سرعت یکسان یکی برای ضخامت های کم و دیگری برای ضخامت های زیاد.

ج) ابتدا مقاطع نازک جسم بایک ماده جاذب همگن به شکل بلوک جبران کننده پر گردد (شکل a-1-12) و سپس پرتو افکنی قطعه بر روی یک فیلم انجام گیرد یا به طریق دیگر اطراف جسم را به یک ماده ای (نظیر مایع، ذرات فلز، خمیر) که شفافیت آن نسبت به پرتو درست مشابه جسم باشد (شکل b-1-12) بپوشانند.

هنگامیکه مایع یا خمیر استفاده می شود ممکن است حباب های هوا به جسم بچسبد و چون این حباب ها در هنگام تفسیر فیلم خطا هایی را به همراه دارد لذا باید از تشکیل آنها جلوگیری شود.

د) استفاده از فیلتر هایی از جنس فلزات سنگین همچون مس، سرب یا قلع.

(این یک روش مفید و به راحتی قابل کاربرد می باشد).

ه) انجام پرتو افکنی بدون صفحات بر روی فیلمی که برای استفاده با صفحات فزونساز فلورسانس طراحی شده است و به کارگیری آن بدون صفحات توصیه نشده است.

شکل( 48) برابر کردن ضخامت ها

A : نمونه

B : ماده ای با جذب مشابه با نمونه

C : ماسک سربی

رادیوگرافی  قطعات ریختگی:

بعد از فرایند ریخته گری، قطعات ریخته گری شده منجمد می شوند و فلز منقبض می گردد. در حین فرآیند انجماد حفره های انقباظی می توانند در درون قطعه ریخته گری بوجود آیند مگر آنکه پیش بینی های لازم در نظر گرفته شود. این حفره های انقباضی می توانند شکل های مختلفی همچون حفره طویل، اسفنجی، رشته ای بر حسب این که فلز با چه سرعتی منجمد گردیده است، به خود بگیرند. اگر سرعت انجماد کم باشد یعنی انقباض به آهستگی در درون فلز انشتار یابد رشته ای (شکل49) یا حتی انقباض بین کریستالی ممکن است اتفاق بیفتد. در صورتی که جبهه انجماد به سرعت جابجا شود حفره های انقباضی تمایل به وجود آمدن دارند (شکل 50). حفره های گازی به شکل خلل و فرج و یا حفره های گازی بزرگتر، می توانند در اثر قالب مرطوب و یا آزاد شدن گاز از فلز مذاب تشککیل گردند. چنین حفره هایی در آلیاژ های ریختگی سبک دردسر آفرین می باشند (شکل51)

شکل (a49) انقباض با حفرات کرمی شکل – مس ریختگی با هدایت بالا

شکل (b49)انقباض رشته ای – آلیاژ آلومینیوم ریختگی

شکل (50) حفرات انقباضی برنز ریختگی

شکل( a 51 )انقباض های میکروسکوپی (تخلخل لایه ای) آلیاژ منیزیم ریختگی

شکل (-b51) حفره های گازی و خلل و فرج آلیاژ آلومینیوم ریختگی

شکل( 52) ترکهای گرم (Hot tears)

شکل 53)) ترک تنشی (Stress cteack)

علاوه بر حفره ها، ترکها نیز می توانند در قطعات ریختگی بوجود آیند. اگر این ترکها هنگامیکه فلز هنوز در نیمه راه انجماد است تشکیل گردند، آنها را ترک های گرم می نامند (شکل 52) و اگر پس از انجماد فلز بوجود آیند ترکهای تنشی نامیده می شوند (شکل 51).

یک اطلس از پرتو نگاشت های ریختگی و مقاطع آنها به صورت واژه نامه استانداردی در BS: 2737- 1965 آورده شده است.

 

نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات :

توجه به علم و فن آوری حاصل از آن برای دستیابی به مرزهای پیشرفت و استقلال واقعی از عناصر اساسی فرهنگ جهان به شمار می آید. بی شک شناخت و درک صحیح از علوم و فنون جدید و کاربری آنها و همچنین ارتقای سطح آموزش و مهارت فنی یک جامعه متناسب با نیازهای آن جامعه حاصل اصلی رشد و توسعه فرهنگی ، اجتماعی ، صنعتی و اقتصادی می باشد . بدیهی است که بدون توجه به این امر تحقق اهداف صنعتی به نحو مطلوب امکان پذیر نخواهد بود این مجموعه بگونه ای تالیف شده است که بتواند ضمن ارتقای دانشتنهای خوانندگان حداقل دستیابی آنها را به مدارک معتبر پذیرفته شده در ASNT در سطح LevelI&II در زمینه آزمایش رادیوگرافی صنعتی تسهیل نماید .

مراجع مورد استفاده :

1- آزمون مواد ، تالیف : دکتر علی حائریان

2- تکنولوژی کوکبی، تالیف : امیرحسین کوکبی

3- اصول رادیوگرافی صنعتی ، تالیف : دکتر ابراهیم حشمت دهکردی

4- آیین نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه 228) ، سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور