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                    

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 مار
قدمی 09179147053

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: