Radiografska ispitivanja

Radiografska ispitivanja

1. Uvod

Mnoga spektakularna naučna i inženjerska dostignuća proteklih nekoliko godina možemo
pratiti do nedestruktivnih metoda ispitivanja, koje, određivanjem unutrašnje ispravnosti bez
uništavanja funkcionalnosti proizvoda, osiguravaju zadovoljavajuće performanse za koje je
proizvod i namijenjen. [1]
Radiografija je danas jedna od najvažnijih i najsvestranijih nedestruktivnih metoda ispitivanja
koja se koristi u modernoj industriji. Upotrebom visoko penetrirajućih x-zraka i gama zraka,
koje   ne   oštećuju   sam   predmet   ispitivanja,   radiografija   daje   trajni   vidljivi   filmski   zapis
unutrašnjeg stanja, sadržavajuži osnovne informacije preko kojih se može odrediti ispravnost.
Samo   u   proteklih   deset   godina,   informacije   sa   miliona   filmskih   zapisa,   ili   radiografa,
omogućili su industriji da osigura pouzdanost proizvoda; omogućili su informaciona sredstva
za spriječavanje nesreća, a time i spašavanje života; te su bili od koristi za korisnika. [1]
Radiografija se široko koristi kroz industriju. Njena mogućnost da pravi dvodimenzionalne
permanentne fotografije čini je jednom od najpopularnijih metoda testiranja bez razaranja u
primjeni.   Međutim,   radijacija,   koja   se   koristi   za   radiografiju,   predstavlja   potencijalnu
opasnost po operatore uređaja za radiografsko ispitivanje, kao i za njihovu okolinu. Zbog
njegove opasne prirode, upotreba radijacije, uključujući industrijsku radiografiju, je striktno
kontrolisana od strane određenih regulatornih agencija u svakoj državi. [2]
Operatori   radiografskim  uređajima   u   budućnosti   će  moći   snimiti   fotografije   u   digitalnom
obliku i slati ih kupcima pri završenom pregledu. Pregled filma će se vjerovatno   ostaviti
računarima.   Ispitivači   će   moći   snimiti   digitalnu   fotografiju,   učitati   je   u   računar   i   samo
sačekati isprintani izvještaj da li je komad na ispitivanju prošao ili nije. Postojat će sistemi
koji će biti u mogućnosti da skeniraju dio i predstave trodimenzionalnu fotografiju operatoru,
pomažući pri tome da se otkrije defekt unutar dijela. [3]
Tada   nije   iznenađujuće   je   da   ta   radiografija,   prva   od   modernih   sofisticiranih   metoda
nedestruktivnog ispitivanja (koja datira iz 1895. godine), dovela do toga da hiljade industrija
položu ogromno povjerenje u podatke koje ona pruža. Spisak raste iz godine u godinu kako
industrijski menadžment, dizajneri, inženjeri, ljudi iz proizvodnje, inspektori i svi ostali, koji
se bave postupcima ispitivanja ispravnosti, pouzdanosti proizvoda i visokom dobiti, otkrivaju
vrijednost radiografije u modernoj industriji. [1]

2. Pojam zračenja

Radijacija je tok energije kroz prostor i materiju. Neki od primjera radijacije su

vidljiva

svjetlost

radio talasi

radijacija toplote

. Radijacija može biti u obliku

čestica

ili

talasa

Ionizirajuća radijacija

je radijacija koja stvara ione u materiji. Ona ima mogućnost da prekine

hemijske veze molekula i da uzorokuje biološki važne promjene. [4]

Postoje dvije vrste ionizirajuće radijacije [5]:

Elektromagnetni talasi:



x-zrake



gama zrake

Čestice:



neutroni



elektroni, beta zrake



protoni



alfa čestice



teški ioni

X-zrake i gama zrake

predstavljaju energiju prenešenu u talasu bez kretanja ikakvog

materijala

. X-zrake i gama zrake se razlikuju u njihovom porijeklu.

X-zrake emitira

posebni električni uređaj

, dok g

ama zrake nastaju iz nestabilnih ili radioaktivnih izotopa

. [5]

Neutroni

su čestice bez naboja i oni su jedne od čestica koje sačinjavaju jezgro atoma

Zbog

toga što nemaju naboj, veoma dobro penetriraju u materijal

. [5]

Elektroni

su male negativno nabijene čestice, koje se, također, mogu naći u svim normalnim

atoma. Oni su oko 1800 puta manji od neutrona

Elektroni se obično emituju pri raspadu

radioaktivnog materijala

pri čemu se tada nazivaju

beta zrake

. [5]

Protoni

su pozitivno nabijene čestice, koje se mogu naći u jezgru svakog atoma. Njihova

masa je bliska masi neutrona

Protoni su glavni konstituenti primarnih kosmičkih zraka.

[5]

Alfa čestice

su identične jezgri atoma helija

koje se sastoji od dva protona i dva neutrona

One imaju pozitivan naboj

, a

obično se emituju pri raspadu teških radioaktivnih izotopa

kao

što je uran

. [5]

Teški ioni

koji su veći od alfa čestica, predstavljaju jezgro bilo kojeg atoma, koji je

prethodno oslobođen od svih svojih elektrona

Kreću se velikim brzinama i imaju ogromnu

količinu energije

Oni su uobičajeni u dubokom svemiru

, a

također se mogu proizvesti u

posebnim vrstama akceleratora čestica

. [5]

Vrste zračenja, koja se koriste za radiografska ispitivanja, su x-zrake i gama zrake, te će oni
biti i obrađeni u ovom radu.

Slika 2. Šematski prikaz uređaja za generisanje x-zraka [1]

Kako je već rečeno, katoda i anoda spojeni su na visoki napon, čime se stvara jako električno
polje koje ubrzava elektrone od katode prema anodi, gdje se elektroni na tom putu sudaraju sa
metalnom metom, koja proizvodi x-zrake. Taj visoki napon između katode i anode utiče na
brzinu kojom elektroni putuju i udaraju od anodu. Što je veća voltaža, veća je brzina
elektrona, a time i energija koju elektroni imaju pri udaru od anodu. S druge strane, niski
napon se koristi kako bi se zagrijala nit na katodi, koja predstavlja izvor elektrona. Što je veća
temperatura niti, veći broj elektrona će napustiti katodu i krenuti prema anodi. Elektroni pri
izlazu prolaze kroz optički uređaj za fokusiranje (tzv. „lijevak“) prema metalnoj meti. Ovaj
uređaj koristi se kako bi se struja elektrona koncentrisala na malu površinu na metalnoj meti,
koja se naziva tačka fokusa. Tačka fokusa je bitan faktor u sposobnosti sistema da proizvodi
oštre snimke.

Slika 3. Rendgenska cijev

Pri udaru elektrona u metu, koja se najčešće pravi od volframa ili bakra, x-zrake nastaju na
jedan od slijedeća dva načina:

Fluorescencija x-zraka

– ako elektron ima dovoljno energije, on može izbaciti drugi

elektron iz unutrašnjih orbitala atoma materijala mete, pri čemu elektroni sa viših
energetskih nivoa popunjavaju prazninu uz emitovanje x-zraka.

Bremsstrahlung

(njemački:

bremsen-

"kočiti" i

Strahlung

"radijacija", tj. "kočiona

radijacija" ili "decelerirajuća radijacija") je elektromagnetna radijacija koja nastaje
usporavanjem nabijene čestice pri odbijanju od druge nabijene čestice, najčešće
elektrona od jezgro atoma, pri čemu elektron gubi kinetičku energiju, koja se, po
zakonu održanja energije, pretvara u foton, koji predstavlja x-zračenje.

3.3. Uređaji za ispitivanje x-zrakama

Glavne   kopomenete   generatora   x-zraka   su
rendgenska   cijev   (detaljno   opisana   u
odjeljku   3.2.),   generator   visokog   napona,
kontrolna konzola i sistem hlađenja.



Generator visokog napona –
rendgenski

sistemi

naizmjeničnom strujom snadbijevaju
rendgensku   cijev   sa   sinusoidalnom
varirajućom naizmjeničnom strujom.
Oni proizvode x-zrake samo tokom
jedne   polovine   ionako   veoma
kratkog perioda ciklusa struje. Time
dobijamo   rasijavajuću   radijaciju,   a
ne   konstantan   tok.   Dodatno,   napon
se mijenja tokom ciklusa, pri čemu
se i energija x-zraka mijenja skladno
tome.   Samo   djelić   radijacije   je
koristan,   a   radijacija   niske   energije
mora   se   obično   filtrirati,   jer   ima
slabu   moć   penetracije   u   materijal.
Generatori   konstantnog   potencijala
pretvaraju   naizmjeničnu   struju   u
istosmjenu,   kojom   zatim   napajaju
rendgensku   cijev.   Ovaj   postupak
daje   konstantnu   struju   relativno
konzistentne radijacije.

Slika 4. Šema uređaja za ispitivanje x-zrakama



Kontrolna konzola

– obično ima bravu sa ključem, kako bi se spriječiča neovlaštena

upotreba sistema. Također posjeduje dugme za pokretanje procesa stvaranja x-zraka,
te dugme za ručno zaustavljanje navedenog procesa. Tri glavne promjenljive kontrole
na konzoli regulišu napon u cijevi u kilovoltima, jačinu struje u cijevi u miliamperima
i vrijeme izlaganja u minutama ili sekundama.



Sistem hlađenja – anoda se obično pravi od volframa, koji imaju visoku tačku

topljenja zbog velikog atomskog broja. Međutim, hlađenja anoda na aktivan ili
pasivan način je neophodno. Recirkulacioni sistema sa vodom ili uljem se često
koriste za hlađenje cijevi. Neke cijevi niske snage jednostavno se hlade korištenjem
termoprovodljivih materijala i sl.