رادیوگرافی
پرتوهاي الكترومغناطيس با طول موجهاي بسيار كوتاه ،يعني پرتوهاي Xو، بدرون محيطهاي مادي جامد نفوذ كرده ولي تا حدي بوسيلة آنها جذب مي شوند. ميزان جذب به چگالي و ضخامت ماده اي كه موج از آن مي گذرد و همچنين ويژگيهاي خود پرتوالكترومغناطيس بستگي دارد. تشعشعي را كه از ماده عبور مي كند مي توان روي فيلم و يا كاغذ حساس آشكارسازي و ثبت نموده ، بر روي يك صفحه داراي خاصيت فلورسانس و يا به كمك تجهيزات الكترونيكي مشاهده نمود
به بيان دقيق ، راديوگرافي به فرآيندي اطلاق مي شود كه در آن تصوير بر روي يك فيلم ايجاد شود. هنگامي كه تصويري دائمي بر روي يك كاغذ حساس به تابش ثبت گردد،فرآيند به راديوگرافي كاغذي موسوم مي باشد. سيستمي كه در آن تصويري نامريي بر يك صفحة باردار الكترواستاتيكي ايجاد شده و از اين تصوير براي ايجاد تصوير دائمي بر روي كاغذ استفاده مي شود، به راديوگرافي خشك شهرت داشته و فرآيندي كه بر يك صفحه داراي خاصيت فلورسانس تصوير گذار تشكيل مي دهد، فلورسكپي ناميده مي شود. بالاخره هنگامي كه شدت تشعشعي كه از ماده گذشته بوسيله تجهيزات الكترونيكي نمايان و مشاده گردد، با فرآيند پرتوسنجي سرو كار خواهيم داشت
به جاي پرتوهاي Xومي توان از پرتوهاي نوترون استفاده نمود ، اين روش به راديوگرافي نوتروني موسوم مي باشد (به بخش 2-7 فصل 7 رجوع كنيد
هنگامي كه يك فيلم راديوگرافي تابش ديده ظاهر شود ،با تصويري روبرو خواهيم بود كه كدورت نقاط مختلف آن متناسب با تشعشع دريافت شده بوسيلة آنها بوده و مناطقي از فيلم كه تابش بيشتري دريافت كرده اند سياه تر خواهند بود. همانطور كه پيش از اين اشاره كرديم ،ميزان جذب در يك ماده تابعي از چگالي و ضخامت آن مي باشد. همچنين وجود پاره اي از عيوب از قبيل تخلخل و حفره نيز بر ميزان جذب تأثير مي گذارد. بنابراين ، آزمون راديوگرافي را مي توان براي بازرسي و آشكارسازي برخي از عيوب مواد و قطعات مورد استفاده قرار داد. در بكار بردن سيستم راديوگرافي و ديگر فرآيندهاي مشابه يابد نهايت دقت اعمال شود ،زيرا پرتوگيري بيش از حد مجاز مي تواند نسوج بدن را معيوب نمايد
ويژگيهايي از قطعات و سازه ها را كه منشأ تغيير كافي ضخامت يا چگالي باشند، مي توان به كمك راديوگرافي آشكارسازي و تعيين نمود. هر چه اين تغييرات بيشتر باشد آشكارسازي آ“ها ساده تر خواهد بود ،تخلخل و ديگر حفره ها و همچنين ناخالصيها –به شرط آنكه چگاليشان متفاوت با مادة اصلي باشد . از جمله اصلي ترين عيوب قابل تشخيص با راديوگرافي به شمار مي روند. عموماً بهترين نتايج بازرسي هنگامي حاصل خواهد شد كه ضخامت عيب موجود در قطعه ، در امتداد پرتوها ، قابل ملاحظه باشد. عيوب مسطح از قبيل تركها ،به سادگي قابل تشخيص نبوده و امكان آشكارسازي آنها بستگي به امتدادشان نسبت به امتداد تابش پرتوها خواهد داشت. هر چند كه حساسيت قابل حصول در راديوگرافي به عوامل گوناگوني بستگي پيدا مي كند ؛ ولي در حالت كلي اگر ويژگي مورد نظر تفاوت ميزان جذب 2درصد يا بيشتر ،نسبت به محيط مجاور ،را به همراه داشته قابل تشخيص خواهد بود
راديوگرافي و بازرسي فراصوتي (به فصل 5 رجوع كنيد ) روشهايي هستند كه معمولاً براي آشكارسازي موفقيت آميز عيوب دروني و كاملاً زير سطحي مورد استفاده قرار مي گيرند. البته بايد توجه دشات كه كاربرد آنها به همين مورد محدود نمي كگدرد. اين دو روش را مي توان مكمل همديگر دانست ، زيرا در حاليكه راديوگرافي براي عيوب غير مسطح مؤثرتر مي باشد، روش فراصوتي نقايص مسحط را راحت تر تشخيص مي دهد
تكنيكهاي راديوگرافي غالباً براي آزمايش جوش و قطعات ريختگي مورد استفاده قرار مي گيرد و در بسياري از موارد ، از جمله مقاطع جوش و ريختگي هاي ضخيم سيستم هاي فشار بالا (مخازن تحت فشار ) ،بازرسي با راديوگرافي توصيه مي شود. همچنين مي توان وضعيت استقرار و جاگذاري صحيح قطعات مونتاژ شدة سازه ها را به كمك راديوگرافي مشخص نمود. يكي از كاربردهاي بسيار مناسب به جاي اين روش ، بازرسي مجموعه هاي الكتريكي و الكترونيكي براي پيدا كردن ترك ، سيمهاي پاره شده ، قطعات اشتباه جاگذاري شده يا گم شده و اتصالات لحيم نشده است. ارتفاع مايعات در سيستم هاي آب بندي شدة حاوي مايع را نيز مي توان با روش راديوگرافي تعيين نمود
هر چند روش راديورگرافي را مي توان براي بازرسي اغلب مواد جامد بكار برد، ولي آزمايش مواد كم چگالي و يا بسيار چگال مي تواند با مشكلاتي همراه باشد. مواد غير فلزي و همچنين فلزات آهني و غير آهني ،در محدودة وسيعي از ضخامت ، را مي توان با اين تكنيك بازرسي كرد. حساسيت روشهاي راديوگرافي به پارامترهاي چندي از جمله نوع و شكل قطعه و نوع عيوب آن بستگي دارد. اين عوامل در بخشهاي زيرين مورد توجه قرار خواهد گرفت
برخي از محدوديت راديوگرافي
هر چند بازرسي غير مخرب به روش راديوگرافي تكنيكي بسيار مفيد براي آزمون مواد به حساب مي آيد ،ولي داراي محدوديتها و معايبي نيز هست.هزينه هاي مرتبط با راديوگرافي در مقايسه با ديگر روشهاي غير مخرب بالا مي باشد ؛ ميزان سرمايه گذاي ثابت براي خريد تجهيزات اشعه Xزياد بوده و بعلاوه ، فضاي قابل ملاحظه اي براي آزمايشگاه كه تاريكخانه نيز بخشي از آنست مورد نياز است . هزينه سرمايه گذاري براي منابع اشعة Xقابل جابجايي كه براي بازرسي هاي «درجا» مورد استفاده قرار مي گيرند بسيار كمتر ؛ ولي به تاريكخانه و فضاي تفسير فيلم نياز خواهد بود
هزينه هاي عملياتي راديورگافي نيز بالا مي باشد ،زمان سوار كردن و تنظيم دستگاهها معمولاً طولاني بوده و ممكن است بيش از نصف كل زمان بازرسي را در برگيرد. راديوگرافي پاي كار قطعات و سازه ها ممكن است فرآيندي طولاني باشد، زيرا تجهيزات قابل جابجايي اشعه Xداراي پرتوهاي كم انرژي بوده و چشمه هاي قابل جابجايي اشعةنيز ،به همين ترتيب ، شدت نسبتاً كمي دارند زيرا منابع پر انرژي احتياج به حفاظ هاي سنگيني داشته و بنابراين عملاً قابل انتقال نخواهند بود
با توجه به اين عوامل ،راديوگرافي پاي كار به ضخامت هاي تا 75 ميليمتر فولاد يا معادل آن محدود مي گردد؛ در اينحال نيز آزمايش مقاطع ضخيم ممكن است تا چند ساعت طول كشد . در اينگونه موارد ممكن است پرسنل واحد مورد بازرسي براي مدتي طولاني مجبور به ترك محل گردند ،كه اين عامل را نيز بايد در زمرة معايب اين تكنيك بازرسي به حساب آورد
هزينه هاي عملياتي فلورسكپي اشعه X، در مقايسه با راديوگرافي ،بسيار كمتر مي باشد. زمان تنظيم و سوارد كردن تجهيزات بسيار كوتاهتر و زمان تابش دهي نيز معمولاً كوتاه بوده و نيازي به آزمايشگاه ظهور فيلم نيست
يكي ديگر از جنبه هاي هزينه زاي راديوگرافي لزوم حفاظت پرسنل از اثرات سوء پرتوها مي باشد. در اين خصوص بايد تمهيدات ايمني مورد لزوم به طور كامل براي پرسنل مستقيماً مرتبط با بازرسي و همچنين آنهايي كه در اطراف محل راديوگرافي كار مي كنند مورد توجه قرار گيرد
همان طور كه يادآوري شد ،جملگي عيوب را نمي توان به روش راديوگرافي رديابي كرد؛ مثلاً ترك ها تنها در حالي قابل تشخيص خواهند بود. كه در امتداد تابش پرتوها قرار گيرند؛ حتي در اين حالت هم تركهاي ريز امكان مخفي شدن را خواهند داشت . عيوب تورقي فلزات نيز غالباً با راديوگرافي قابل تشخيص نمي باشند
پرتوهاي Xوبا اتمهاي محيطي كه از آن مي گذرند ، منجمله هوا ، برخورد كرده و تاحدي تضعيف مي شوند. در حقيقت تفاوت همين ميراشدن در محيطهاي مختلف است كه راديوگرافي را به عنوان يك روش بازرسي مورد توجه قرار داده است. (درجه آهنگ ) ميراشدن تشعشع به عوامل مختلفي از قبيل چگالي و ساختار محيط و همچنين نوع ، شدت و انرژي فوتونهاي پرتوها بستگي دارد
شدت تشعشعي كه از يك محيط همگن مي گذرد به طور نمايي نسبت به ضخامت محيط كاهش مي يابد ،اين وابستگي را مي توان به صورت رابطة I=I0e-ut نوشت كه Iشدت پرتوهاي خارج شده از محيط ،0 Iشدت پرتوها در هنگام ورود به محيط ،tضخامت محيط وپارامتري است كه به ويژگيهاي محيط بستگي داشته و به ضريب جذب خطي موسوم مي باشد. اندازهدر تمام شرايط ثابت نبوده و برحسب انرژي فوتونهاي پرتو تغيير مي كند. ضريب جذب مواد برخي اوقات برحسب ضريب جذب جرمي و به صورتبيان مي گردد، كهچگالي ماده مي باشد. همچنين مي توان اين ضريب را بر حسب سطح جذب كنندة مؤثر در يك اتم تعريف كرد ،كه در اينحالت ضريب جذب اتمي يا مقطع جذب اتميناميده ميشود.از تقسيم ضريب جذب خطي بر تعداد اتمهاي موجود در واحد حجم حاصل مي شود و معمولاً بر حسب بارن بيان مي گردد ( يك بارن = 22-10 ميليمتر مربع است
فوتونهاي اشعة Xيابه چند طريق مي توانند با اتمهاي يك محيط وارد كنش متقابل شوند. مهمترين اين تأثيرات متقابل عبارتست از اثر فتوالكتريك ،پراكندگي ريلي ، پراكندگي كامپتون و توليد زوج در اثر فتوالكتريك فوتون در برخورد با اتم پيوند بين آن و يك الكترون مداري را مي شكند؛ اگر انرژي فوتون بيشتر از استحكام پيوند باشد مازاد آن به صورت انرژي حركتي الكترون جذب خواهد شد. اثر ياد شده براي عناصر با عدد اتمي پايين و فوتونهاي با انرژي در حد 100 كيلو الكترون ولت قابل صرفنظر مي باشد ؛ ولي هنگامي كه برخورد بين عناصر سنگين تر و فوتونهاي با انرژي تا 2 ميليون الكترون ولت صورت گيرد ،بخش اعظم جذب مربوط به اثر فتوالكتريك خواهد بود
پراكندگي ريلي ، برخوردي ،برخوردي است كه تنها فوتون را از مسير اوليه منحرف ساخته و با كاهش انرژي فوتون و صدور الكترون همراه نمي باشد. هر چه انرژي فوتونهاي برخورد كننده بيشتر باشد، زاويه انحراف كوچكتر خواهد بود. در پراكندگي كامپتون فوتون تابنده بخشي از انرژي خود را صرف كندن يكي از الكترونهاي اتم از مدارش كرده و خود آن نيز تحت يك زاوية انحراف (پخش ) و با انرژي كمتر (طول موج بيشتر ) نسبت به قبل از برخورد به راهش ادامه خواهد داد؛ طول موج ثانوية بزرگتر ممكن است در منطقة قابل رؤيت بيناب الكترومغناطيس قرار گيرد. بالاخره توليد زوج در حالي اتفاق مي افتد كه انرژي فوتون هاي تابنده از يك ميليون الكترون ولت تجاوز نمايد؛ در اين فرآيند هرفوتون جذب شده دو فوتون با انرژي كمتر ايجاد مي كند
جذب كلي عبارتست از مجموع جذب ناشي از پخش (پراكندگي ) در اثر وقع چهارفرآيند بالا . در اين پديده ها هر فوتوني كه پراكنده شود ، ولو اينكه زاوية انحراف آن كوچك هم باشد ، به عنوان يك فوتون جذب شده به حساب آمده و از همين رو پخش مذكور به جذب پرتو باريك موسوم مي باشد. در عمل و براي جذب پرتو پهن ،فوتونهايي كه در زاويه هاي كوچك منحرف مي شوند حذف نشده بلكه معمولاً بر شدت پرتوهاي مستهلك شونده مي افزايند. به عبارت ديگر ،ضريب جذب پرتو پهن هر ماده كوچكتر از همين پارامتر براي جذب پرتو باريك مي باشد
در محاسبة‌نظري ضريب جذب فرض مي شود كه پرتوها تك فام بوده و به بيان ديگر ،فوتونها داراي انرژي و بنابراين طول موج مساوي باشند. در حاليكه هر لامپ اشعة Xعملاً بيناب پيوسته اي (گسترده اي ) توليد كرده و بنابراين ، ضريب جذب مؤثر مواد برحسب گسترة انرژي فوتونهاي موجود در پرتوهاي تابنده اصلاح مي گردد. در محاسبة زمان تابش دهي ،معمولاً از ضرايب جذب تجربي استفاده مي شود
با توجه به بحث بالا ، پرتوهاي خارج شده از مادة مورد بازرسي شامل شعاعهاي مستقيم ولي نسبتاً مستهلك شده و همچنين شعاعهاي پراكنده شده مي باشد. نسبت شدت تشعشع پراكنده شده به شدت پرتوهاي مستقيم ، به ضريب پراكندگي موسوم است. شعاعهاي منحرف شده در نمايان ساختن جزئيات نمونه مورد آزمايش سهمي نداشته و بر عكس ،از طريق كاهش كنتراست فيلم از كيفيت تصوير كاسته و مانع از ظاهر شدن جزئيات نمونه بر روي فيلم راديوگرافي مي شوند. ضريب پخش با افزايش ضخامت قطعه بيشتر شده ولي با ازدياد ولتاژ لامپ اشعة Xكاهش مي يابد، زيرا ميزان پخش فوتونهاي پر انرژي متناظر با ولتاژ بالا از پخش فوتونهاي كم انرژي كمتر مي باشد
بنابراين به منظور دستيابي به كنراست و دقت بيشتر ،بهتر است از پرتوهاي با طول موج كوتاه يا انرژي بالا (پرتوهاي Xسخت ) استفاده شود. بخشي از بيناب كه داراي طول موجهاي بالاست انجام مي گيرد ؛ انتخاب بهينة صافي مستلزم بررسي ضخامت و جنس قطعة مورد آزمايش ، نوع فيلم و همچنين ولتاژ و جريان لامپ مي باشد. به كارگيري مواد داراي عدد اتمي بالا –به عنوان صافي –دقت تصوير راديوگرافي را افزايش مي دهد، ولي اينكار مترادف با طولاني شدن زمان تابش دهي و نهايتاً افزايش هزينة بازرسي خواهد بود زيرا شدت پرتوهاي رسيده به قطعة تحت آزمون نيز در حد قابل ملاحظه اي كاهش خواهد يافت
افزودن ولتاژ لامپ معمولاً كيفيت تصوير را بدون افزايش هزينه ارتقاء خواهد داد،اين بهبود كيفيت عمدتاً از طريق كاهش چگالي مربوط به پرتوهاي پراكنده ، در تصوير ، كه در حال استفاده از پرتوهاي Xنرم (ولتاژهاي پايين )حتي تا 80 درصد پرتوها را شامل مي شوند ،حاصل مي گردد
با افزايش انرژي پرتوهاي Xووابستگي ميزان جذب به تركيب مواد جاذب كاهش مي يابد. مثلاً در 150 كيلوولت ،ضخامت 1 ميلي متر سرب معادل 14 ميليمتر ضخامت فولاد مي باشد، ولي هنگامي كه انرژي فوتونها به يك ميليون الكترون ولت افزايش يابد،يك ميليمتر ضخامت سرب تنها معادل 5 ميليمتر فولاد خواهد بود
تشكيل سايه ، بزرگ شدن و اعوجاج
پرتوهاي xومانند امواج نوري ،در امتداد مستقيم منتشر مي شوند و رابطة هندسي بين چشمه ،جسم و فيلم و يا صفحة ثبت كننده ، ويژگيهاي اصلي تصوير را تعيين مي كند. تصوير تشكيل شده بر يك فيلم راديوگرافي همانند سايه تشكيل شده بر روي يك پرده از جسم ماتي است كه در مسير پرتوهاي نوري قرار گرفته باشد
ابعاد سايه جسمي كه بوسيلة يك چشمه نقطه اي تحت تابش قرار گرفته است از جسم بزرگتر بوده ؛ ولي اين بزرگنمايي در راديوگرافي چندان قابل ملاحظه نمي باشد زيرا فيلم يا ديگر محيطهاي ثبت كنندة تصوير معمولاً در پشت جسم و در نزدكي آن قرار مي گيرند. البته اگر شكل (هندسة ) نمونة مورد آزمايش پيچيده باشد، بعضي از قسمتهاي آن ممكن است در فاصلة نسبتاً دورتري از فيلم قرار گرفته و در نتيجه تصوير بزرگتري داشته باشند. در برخي موارد بزرگتر كردن تصوير مي تواند به عنوان يك عامل مفيد مورد توجه قرار گيرد ،زيرا جزئياتي كه در حالت عادي در آن قابل تشخيص نمي باشند ممكن است با اين روش راديوگرافي رؤيت گردند
بيشتر چشمه هاي راديوگرافي را به خاطر بزرگي شان نمي توان نقطه اي دانست . ساية حاصل از جسمي كه با چشمة به ابعاد معين راديوگرافي شود تا حدي داراي ناآشكاري هندسي مي باشد و بخشي از تصوير نسبت به تمام پرتوهاي تابيده شده در ساية كامل قرار مي گيرد ، در حاليكه بخش محيطي تصوير در سايه كامل قرار نگرفته و برخي از پرتوها آن را تحت تابش قرار مي دهند. بنابراين قسمت مياني تصوير سايه وبخش محيطي آن نيمسايه خواهد بود. اندازة ناآشكاري را مي توان از طريق كم كردن فاصلة بين جسم و فيلم ،كاهش اندازة‌چشمه و يا ازدياد فاصلة چشمه تا جسم مورد آزمايش كاهش داد
دقت راديوگرافي را مي توان با استفاده از چشمة تابش Xداراي خال كانوني بسيار كوچك ،در حد چشمگيري افزايش داد. قطر خال ممكن است به كوچكي 12 ميكرون باشد؛ در نتيجه چشمه عملاً نقطه اي شده و تأثير مربوط به نيمسايه در تصوير كاملاً منتفي خواهد شد. به اين طريق مي توان فاصلة نمونه تا فيلم راديوگرافي و در نهايت ، بزرگنمايي را تا حد زيادي افزايش داد
در عمل ،ابعاد چشمه به وسيلة اندازة قرص راديوايزوتوپ تابش كننده يا مشخصه هاي لامپ اشعة Xمورد استفاده تعيين مي شود . فاصلة نمونه تا فيلم ناچيز بوده و در بسياري از موارد با هم در تماس مي باشند؛ بنابراين تنها پارامتر قابل تغيير فاصلة‌چشمه تا نمونه است . البته بايد توجه داشت كه افزايش اين فاصله به طولاني شدن زمان پرتودهي منتهي خواهد شد ، لذا اپراتور دستگاه بايد شرايط بازرسي را بهينه كند تا تصوير داراي وضوح بالا و ناآشكاري هندسي حداقلي بوده و در عين حال هزينه هاي مرتبط با طولاني شدن زمان پرتودهي نيز زياد افزايش نيابد
برخي از محدوديت راديوگرافي
تشكيل سايه ، بزرگ شدن و اعوجاج
علامات تشخيص هويت و نشانگرهاي كيفيت تصوير
مشاهده و تفسير راديوگرافها
پرتوهاي Xوقادرند نسوج بدن و خون را
اندازه گيري تشعشع دريافت شده توسط پرسنل راديوگرافي