P9: NDT metody 2/5
Rentgenová metoda - Princip průmyslové radiografie spočívá v umístění zkoušeného předmětu mezi zdroj vyzařující RTG nebo gama záření a detektor, na který dopadá záření prošlé daným předmětem. - Uvedeným způsobem získáme obraz na detektoru (v konvenční radiografii – na radiografickém filmu). - Obraz obsahuje detaily geometrie a vnitřní struktury prozařovaného předmětu. - Průmyslová radiografie je definována jako objemová NDT metoda, což znamená, že umožňuje odhalit anomálie nebo vady v celém objemu objektu, aniž by došlo k jeho poškození. - Získání pokud možno co nejlepších výsledků závisí na rovnováze mezi schopností záření pronikat předmětem a pohlcováním záření prozařovaným předmětem.
Rentgenová metoda
Rentgenová metoda
Rentgenová metoda Jednotky v průmyslové radiografii - V padesátých letech dvacátého století byly organizací ICRU (International Commission on Radiological Units) definovány následující radiologické veličiny: expozice, absorbovaná (přijatá) dávka a ekvivalentní dávka. - Výše uvedený úřad posléze stanovil jejich jednotky (Roentgen, rad a rem). - Uvedené jednotky byly roku 1975 nahrazeny novými z důvodu rozšíření stávajícího systému SI jednotek. - Změna byla následující: Coulomb/kg pro expozici, Gray pro absorbovanou dávku, a v roce 1979, Sievert pro ekvivalentní dávku. Expozice (X) Absorbovaná dávka (D)
Ekvivalentní dávka (H)
Jednotky (SI) Coulomb/Kg (C/Kg) Gray (Gy) 1 Gy = 1 Joule/KG Sievert (Sv) 1 Sv = 1 Joule/Kg
Původní jednotky Roentgen (R) rad
rem
Rentgenová metoda Fyzikální princip metody - Záření je tvořeno energií, šířící se v prostoru. - Tato energie se šíří buď ve formě elektromagnetických vln, nebo prostřednictvím souvisejících subatomárních částic. - Záření je schopno pronikat hmotou a ionizovat ji. Ionizační proces spočívá v uvolňování elektronů z atomů a molekul hmoty. - Ionizační účinek záření je velmi důležitá schopnost záření, protože právě ona je důvodem, proč záření poškozuje živé organizmy. - Stupeň ionizace i pronikavosti různých typů záření závisí na povaze tohoto záření i hmoty, se kterou přichází záření do styku.
Rentgenová metoda Fyzikální princip metody
Energie RTG záření
100 eV 1 keV 10 keV 100 keV 1 MeV 10 MeV 100 MeV
λ 10 km 1 km 100 m 10 m 1m 10 cm 1 cm 1 mm 100 μm 10 μm 1 μm
m 104 103 102 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
100 nm
10-7
10 nm 1 nm 0,1 nm 0,01 nm 0,001 nm 1X 0,1 X 0,001 X
10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-15
rádiové vlny tepelné záření infračervené záření viditelné záření; UV záření
Grenz záření RTG záření a gama záření
Rentgenová metoda Vlastnosti rentgenového a gama záření - Rentgenové a gama záření je charakterizováno, stejně jako ostatní typy elektromagnetického záření, frekvencí, vlnovou délkou a rychlostí šíření. - Obecné vlastnosti rentgenového a gama záření jsou tyto: • • • • • • •
jsou nezjistitelná lidskými smysly šíří se přímočaře rychlostí světla nejsou ovlivněna elektrickými nebo magnetickými poli mohou se mírně lomit na rozhraních mezi dvěma různými materiály pronikají hmotou, dokud nenarazí na jiné atomové částice míra jejich pronikání závisí na energii a typu hmoty, kterou se záření šíří mají dostatečnou energii k ionizaci hmoty a mohou poškodit nebo zničit živé buňky
Rentgenová metoda Vlastnosti rentgenového a gama záření - RTG a gama záření jsou vysoce energetické elektromagnetická záření, která mohou pronikat jakoukoli látkou, avšak do určité míry. - Kvalita (nebo-li tvrdost) záření se vztahuje k jeho pronikavé schopnosti v dané látce. - Kvalita resp. pronikavá schopnost rentgenového nebo gama záření je přímo úměrná jeho energii. - Čím vyšší je energie záření (kratší vlnová délka), tím vyšší je jeho pronikavá schopnost. Jinými slovy, pronikavá schopnost se zvyšuje s energií záření. - Pokud jde o rentgenové záření, energie a tedy jeho pronikavá schopnost mohou být změněny zvýšením či snížením napětí mezi anodou a katodou Röntgenovy trubice (rentgenky). - Avšak v případě gama záření je jeho energie charakteristická (neměnná) pro použitý radioizotop nebo zdroj.
Rentgenová metoda Vlastnosti rentgenového a gama záření - V této souvislosti jsou k popisu kvality (tzn. energie) záření používány výše zmíněné pojmy „měkké“ záření a „tvrdé“ záření. - Jednotkou měření kvality resp. energie záření je elektron-Volt (eV). Jednotkou Mezinárodního Systému (SI) pro energii je Joule (J), i když elektron-Volt je také přijatou jednotkou SI pro energii. - Elektron-Volt je definován jako kinetická energie, kterou získá elektron v případě urychlení rozdílem potenciálů o velikosti jednoho Voltu, platí: 1 eV = 1,602176462·10-19 J. - Na následujícím obrázku je uvedena kvalita záření v závislosti na jeho energii.
Rentgenová metoda Zdroje rentgenového záření - Röntgenová lampa (rentgenka) - K získání rentgenového záření se v rámci průmyslového radiografického zkoušení používají zařízení fungující na základě vytváření proudu elektronů a jejich urychlení od katody k anodě, kde se elektrony prudce zbrzdí, čímž se mění jejich kinetická energie na radiační energii (rentgenové záření) a teplo.
- V katodě jsou elektrony generovány žhavením vlákna při použití elektrického proudu s napětím 12 V. - Tímto způsobem jsou uvolněné elektrony emitovány z katody, před kterou se nachází druhá elektroda – anoda, také nazývaná antikatoda. - Elektrony jsou poté urychlovány vysokým napětím (až několik set kilovoltů) aplikovaným mezi katodou a anodou. - Podstatné je použití co nejvyššího záporného potenciálu katody vůči anodě.
Rentgenová metoda Zdroje rentgenového záření - Röntgenová lampa (rentgenka) - Větší část kinetické energie anodou prudce zbrzděných elektronů (obvykle 97 až 99 %) se přemění na teplo, zatímco zbytek energie se přemění na rentgenové záření. - Vzhledem k vysoké produkci tepla musí být při navrhování zařízení pro generování rentgenového záření zajištěno účinné chlazení anody.
Rentgenová metoda Zdroje rentgenového záření - Röntgenová lampa (rentgenka) - Zrychlení působící na elektrony je přímo úměrné síle elektrického pole. Proto nejvyšší pracovní napětí (rozdíl potenciálů mezi katodou a anodou) zároveň odpovídá nejvyšší energii elektronů. - Rozdílu potenciálů U = 100 kV odpovídá maximální energii E = 100 keV.
Zdroje rentgenového záření - Gama zářič - Zdrojem záření je radioaktivní materiál, který je uzavřen v těsném stínicím pouzdru. - Exponování je realizováno vysunutím zářiče z pouzdra. Po ukončení expozice je zářič opětovně zasunut do stínícího pouzdra.
Rentgenová metoda Zdroje rentgenového záření - Lineární urychlovače - V lineárním urychlovači se elektrony neurychlují sílou rozdílu potenciálů mezi anodou a katodou, nýbrž jsou „transportovány“ v elektromagnetické vlně, která je vrhá na terčík, kde se při jejich zpomalování vytváří rentgenové záření. - Tímto způsobem je možné generovat rentgenové záření v řádech miliónů elektron-Voltů. - Lineární urychlovače se obvykle používají ke zkoušení rozměrných odlitků a pro testování součástí v rychlém pohybu, stejně jako hnacích náplní a výbušnin (zbraní) a motorů.
Rentgenová metoda Zdroje rentgenového záření - Lineární urychlovače
Rentgenová metoda Radiografické filmy - Radiografický film je v podstatě nosič emulze citlivé na ionizující záření. - Emulze je tvořena halogenidy stříbra, které se po zasažení zářením zcitliví tak, že se při zpracování filmu (v roztoku vývojky) přemění na převážně zčernalé body.
- Účelem radiografického filmu je tedy nést a chránit vrstvu fotografické emulze citlivé na světlo, rentgenové a gama záření. - Průmyslový radiografický film se skládá z pěti vrstev: • podložka nebo polyesterový substrát jako nosič vrstev fotografické emulze z obou stran • dvě přilnavé vrstvy pro nanesení fotografické emulze • dvě vrstvy emulze, obsahující: želatinu, zrnka halogenidů stříbra (obvykle bromidu), přísady pro řízení fotografického procesu, dvě krycí ochranné vrstvy z tvrdé želatiny.
Rentgenová metoda Radiografické filmy
- V případě, že záření dopadá na předmět a jeho obraz se promítá na film, místa filmu, která obdržela dostatečnou dávku záření, jsou aktivována (vznikne neviditelný tzv. latentní obraz). - Takováto místa zcitliví a stávají se body převážného zčernání (oxidace stříbra) během procesu zpracování filmu v roztoku vývojky.
Rentgenová metoda Radiografické obrazy vybraných typů vad
Rentgenová metoda Radiografické obrazy vybraných typů vad
Rentgenová metoda Radiografické obrazy vybraných typů vad
Rentgenová metoda Radiografické obrazy vybraných typů vad
Rentgenová metoda Radiografické obrazy vybraných typů vad
Literatura [1] Školící materiály, Josef Solnař s.r.o. [2] Kopec, B. a kol.: Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí, Brno, CERM 2008, 571 s., ISBN 978-80-7204-591-4
