مقاله بررسی رادیوگرافی

مقاله بررسی رادیوگرافی در 43 صفحه ورد قابل ویرایش 

رادیوگرافی

پیشگفتار

پرتوهای الكترومغناطیس با طول موجهای بسیار كوتاه ،‌یعنی پرتوهای X و  ، بدرون محیطهای مادی جامد نفوذ كرده ولی تا حدی بوسیلة آنها جذب می شوند. میزان جذب به چگالی و ضخامت ماده ای كه موج از آن می گذرد و همچنین ویژگیهای خود پرتوالكترومغناطیس بستگی دارد. تشعشعی را كه از ماده عبور می كند می توان روی فیلم و یا كاغذ حساس آشكارسازی و ثبت نموده ، بر روی یك صفحه دارای خاصیت فلورسانس و یا به كمك تجهیزات الكترونیكی مشاهده نمود.

به بیان دقیق ، رادیوگرافی به فرآیندی اطلاق می شود كه در آن تصویر بر روی یك فیلم ایجاد شود. هنگامی كه تصویری دائمی بر روی یك كاغذ حساس به تابش ثبت گردد،‌فرآیند به رادیوگرافی كاغذی موسوم می باشد. سیستمی كه در آن تصویری نامریی بر یك صفحة باردار الكترواستاتیكی ایجاد شده و از این تصویر برای ایجاد تصویر دائمی بر روی كاغذ استفاده می شود، به رادیوگرافی خشك شهرت داشته و فرآیندی كه بر یك صفحه دارای خاصیت فلورسانس تصویر گذار تشكیل می دهد، فلورسكپی نامیده می شود. بالاخره هنگامی كه شدت تشعشعی كه از ماده گذشته بوسیله تجهیزات الكترونیكی نمایان و مشاده گردد، با فرآیند پرتوسنجی سرو كار خواهیم داشت.

به جای پرتوهای X و  می توان از پرتوهای نوترون استفاده نمود ، این روش به رادیوگرافی نوترونی موسوم می باشد (به بخش 2-7 فصل 7 رجوع كنید)

هنگامی كه یك فیلم رادیوگرافی تابش دیده ظاهر شود ،‌با تصویری روبرو خواهیم بود كه كدورت نقاط مختلف آن متناسب با تشعشع دریافت شده بوسیلة آنها بوده و مناطقی از فیلم كه تابش بیشتری دریافت كرده اند سیاه تر خواهند بود. همانطور كه پیش از این اشاره كردیم ،‌میزان جذب در یك ماده تابعی از چگالی و ضخامت آن می باشد. همچنین وجود پاره ای از عیوب از قبیل تخلخل و حفره نیز بر میزان جذب تأثیر می گذارد. بنابراین ، آزمون رادیوگرافی را می توان برای بازرسی و آشكارسازی برخی از عیوب مواد و قطعات مورد استفاده قرار داد. در بكار بردن سیستم رادیوگرافی و دیگر فرآیندهای مشابه یابد نهایت دقت اعمال شود ،‌زیرا پرتوگیری بیش از حد مجاز می تواند نسوج بدن را معیوب نماید.

كاربردهای رادیوگرافی

ویژگیهایی از قطعات و سازه ها را كه منشأ تغییر كافی ضخامت یا چگالی باشند، می توان به كمك رادیوگرافی آشكارسازی و تعیین نمود. هر چه این تغییرات بیشتر باشد آشكارسازی آ“ها ساده تر خواهد بود ،‌تخلخل و دیگر حفره ها و همچنین ناخالصیها – به شرط آنكه چگالیشان متفاوت با مادة اصلی باشد . از جمله اصلی ترین عیوب قابل تشخیص با رادیوگرافی به شمار می روند. عموماً بهترین نتایج بازرسی هنگامی حاصل خواهد شد كه ضخامت عیب موجود در قطعه ، در امتداد پرتوها ، قابل ملاحظه باشد. عیوب مسطح از قبیل تركها ،‌به سادگی قابل تشخیص نبوده و امكان آشكارسازی آنها بستگی به امتدادشان نسبت به امتداد تابش پرتوها خواهد داشت. هر چند كه حساسیت قابل حصول در رادیوگرافی به عوامل گوناگونی بستگی پیدا می كند ؛ ولی در حالت كلی اگر ویژگی مورد نظر تفاوت میزان جذب 2درصد یا بیشتر ،‌نسبت به محیط مجاور ،‌را به همراه داشته قابل تشخیص خواهد بود.

رادیوگرافی و بازرسی فراصوتی (به فصل 5 رجوع كنید ) روشهایی هستند كه معمولاً برای آشكارسازی موفقیت آمیز عیوب درونی و كاملاً زیر سطحی مورد استفاده قرار می گیرند. البته باید توجه دشات كه كاربرد آنها به همین مورد محدود نمی كگدرد. این دو روش را می توان مكمل همدیگر دانست ، زیرا در حالیكه رادیوگرافی برای عیوب غیر مسطح مؤثرتر می باشد، روش فراصوتی نقایص مسحط را راحت تر تشخیص می دهد.

تكنیكهای رادیوگرافی غالباً برای آزمایش جوش و قطعات ریختگی مورد استفاده قرار می گیرد و در بسیاری از موارد ، از جمله مقاطع جوش و ریختگی های ضخیم سیستم های فشار بالا (مخازن تحت فشار ) ،‌بازرسی با رادیوگرافی توصیه می شود. همچنین می توان وضعیت استقرار و جاگذاری صحیح قطعات مونتاژ شدة سازه ها را به كمك رادیوگرافی مشخص نمود. یكی از كاربردهای بسیار مناسب به جای این روش ، بازرسی مجموعه های الكتریكی و الكترونیكی برای پیدا كردن ترك ، سیمهای پاره شده ، قطعات اشتباه جاگذاری شده یا گم شده و اتصالات لحیم نشده است. ارتفاع مایعات در سیستم های آب بندی شدة حاوی مایع را نیز می توان با روش رادیوگرافی تعیین نمود.

هر چند روش رادیورگرافی را می توان برای بازرسی اغلب مواد جامد بكار برد، ولی آزمایش مواد كم چگالی و یا بسیار چگال می تواند با مشكلاتی همراه باشد. مواد غیر فلزی و همچنین فلزات آهنی و غیر آهنی ،‌در محدودة وسیعی از ضخامت ، را می توان با این تكنیك بازرسی كرد. حساسیت روشهای رادیوگرافی به پارامترهای چندی از جمله نوع و شكل قطعه و نوع عیوب آن بستگی دارد. این عوامل در بخشهای زیرین مورد توجه قرار خواهد گرفت.

برخی از محدودیت رادیوگرافی

هر چند بازرسی غیر مخرب به روش رادیوگرافی تكنیكی بسیار مفید برای آزمون مواد به حساب می آید ،‌ولی دارای محدودیتها و معایبی نیز هست.هزینه های مرتبط با رادیوگرافی در مقایسه با دیگر روشهای غیر مخرب بالا می باشد ؛ میزان سرمایه گذای ثابت برای خرید تجهیزات اشعه X زیاد بوده و بعلاوه ، فضای قابل ملاحظه ای برای آزمایشگاه كه تاریكخانه نیز بخشی از آنست مورد نیاز است . هزینه سرمایه گذاری برای منابع اشعة X قابل جابجایی كه برای بازرسی های «درجا» مورد استفاده قرار می گیرند بسیار كمتر ؛ ولی به تاریكخانه و فضای تفسیر فیلم نیاز خواهد بود.

هزینه های عملیاتی رادیورگافی نیز بالا می باشد ،‌زمان سوار كردن و تنظیم دستگاهها معمولاً طولانی بوده و ممكن است بیش از نصف كل زمان بازرسی را در برگیرد. رادیوگرافی پای كار قطعات و سازه ها ممكن است فرآیندی طولانی باشد، زیرا تجهیزات قابل جابجایی اشعه X دارای پرتوهای كم انرژی بوده و چشمه های قابل جابجایی اشعة  نیز ،‌به همین ترتیب ، شدت نسبتاً كمی دارند زیرا منابع پر انرژی احتیاج به حفاظ های سنگینی داشته و بنابراین عملاً قابل انتقال نخواهند بود.

با توجه به این عوامل ،‌رادیوگرافی پای كار به ضخامت های تا 75 میلیمتر فولاد یا معادل آن محدود می گردد؛ در اینحال نیز آزمایش مقاطع ضخیم ممكن است تا چند ساعت طول كشد . در اینگونه موارد ممكن است پرسنل واحد مورد بازرسی برای مدتی طولانی مجبور به ترك محل گردند ،‌كه این عامل را نیز باید در زمرة معایب این تكنیك بازرسی به حساب آورد.

چشمه های تشعشع گاما

پرتوهای گاما حاصل واپاشی هستة‌اتمهای مواد رادیوآكتیو بوده و به عكس بیناب پیوستة (گستردة ) حاصل از لامپ های اشعة X ، تابش كننده های  یك یا چند طول موج كه هر یك از فوتونهای مشخص و با انرژی معین تشكیل شده ، تولید می كنند . رادیوم كه یك عنصر رادیواكتیو طبیعی است، مدتها به عنوان تابش كننده  در رادیوگرافی مورد استفاده قرار می گرفت ؛ ولی امروزه بیشتر از رادیوایزوتوپهای حاصل از رآكتورهای هسته ای استفاده می شود. ایزوتوپهایی كه معمولاً به عنوان چشمة تابش كننده  در رادیوگرافی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از سزیم 137 ،‌كبالت 60 ، ایریدیم 192 و تالیوم 170 (اعداد معرف عدد جرمی هسته های رادیواكتیو می باشند).

شدت تشعشع ساطع شده از یك چشمة تابش  با ادامة واپاشی هسته های ناپایدار به طور پیوسته كاهش می یابد، آهنگ واپاشی به طور نمایی و طبق رابطه زیر نسبت به زمان كم می شود:

كه I شدت تشعشع نخستین ،‌I_t  شدت در زمان t و k ضریبی است ثابت كه به اتم های متلاشی شونده بستگی دارد . یكی از ویژگیهای مهم هر ایزوتوپ رادیواكتیو نیمه عمر آن می باشد ، این مدت عبارت از زمانی است كه شدت تشعشع به نصف میزان اولیه آن كاهش می یابد. بعد از دو نیمه عمر ، شدت تشعشع به 4/1 مقدار اولیه و پس از سه نیمه عمر به 8/1 آن كاهش می یابد و الی آخر . اگر نیمه عمر T‑و شدت تابش در زمان T نیز I_t باشد ، می توان نوشت :

 بنابراین :                                  
 و یا :                                   KT=Ln2

                           و بالاخره                               

یكی دیگر از ویژگیهای هر چشمة تابش  قدرت آن است ، كه بر حسب كوری اندازه گیری می شود ، و عبارتست از تعداد فروپاشیهای اتمی در واحد زمان (یك ثانیه ) . قدرت چشمه نیز به طور نمایی نسبت به زمان كاهش یافته و در هر زمان می توان آن را از رابطه زیر به دست آورد:

                     S₀e ^-kt= S   _t

شدت تشعشع كه ،‌معمولاً بر حسب رونتگن در ساعت و در فاصلة یك متری از چشمه اندازه گیری می شود ،‌عبارتست از قدرت چشمه ( بر حسب كوری ) ضربدر ظرفیت تشعشع ( برحسب رونتگن در ساعت در فاصله یك متری بر كوری ) . اندازة ظرفیت برای هر ایزوتوپ رادیواكتیو مقدار ثابتی است . یكی دیگر از ویژگیهای چشمه های  فعالیت ویژة آنهاست كه بر حسب كوری برگم بیان می شود و معیاری از فعالیت واحد جرم چشمة رادیواكتیو است .

چشمه های رادیوآكتیو تجارتی معمولاً ماهیت فلزی دارند،‌البته نمكهای شیمیایی و گازهای جذب شده بر سطح كربن نیز ممكن است به عنوان چشمه مورد استفاده قرار گیرند. چشمة تابش كننده در حفاظ نازكی از مثلاً آلومینیوم یا فولاد زنگ نزن قرار گرفته و به این طریق از در معرض قرار گرفتن و نشت مادة رادیواكتیو و همچنین استفادة نادرست و خطرزای آن جلوگیری می شود. این منبع لفاف شده ، درون محفظه ای فولادی كه دارای پوشش سربی است قرار داده می شود. معمولاً دو نوع محفظة نگهدارنده مورد استفاده قرار می گیرد. در یكی از این انواع ، چشمة رادیواكتیو در محل ثابتی در مركز محفظه قرار گرفته و خروج پرتوها از یك درب مخروطی كه در بدنة‌آن تعبیه شده و می تواند كنار زده شود انجام می گیرد. از این نوع محفظة نگهدارنده ، برخی اوقات به عنوان دوربین رادیوایزوتوپ یاد می شود. نوع دیگر محفظة نگهدارنده ،‌دارای كنترل راه دور از نوع مكانیكی یا پنوماتیك می باشد كه بازكردن درب محفظه ، خارج كردن چشمه از آن و قراردادنش روی لوله ای تلسكوپی را به عهده دارد. پس از كامل شدن زمان تابش ، می توان چشمه را به داخل محفظه برگشت داده و درب آن را نیز بوسیلة كنترل كننده بست. این نوع چشمه ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. زیرا كنترل از راه دور به اپراتور دستگاه امكان می دهد كه در فاصلة امن و دور از تابش اشعه قرار گیرد ؛ مزیت دیگر این نوع منابعی تابشی این است كه پرتوها در تمام جهات پخش شده و می توان چشمه را در مركز یك آزمایشگاه حفاظ دار قرار داده و تعداد زیادی از قطعات ،‌مثلاً تولیدات یك تك بار ریخته گری ،‌را كه دورادور آن قرار گرفته اند به طور همزمان رادیوگرافی كرد.