Προσομοίωση βιομηχανικής ραδιογραφίας με τον κώδικα XRSIM

Abstract

Οι κύριοι στόχοι της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας συνοψίζονται ως εξής: (1) Να παρουσιασθεί και να εξετασθεί εκτενώς το ειδικό λογισμικό XRSIM, το οποίο προσομοιώνει τη διαδικασία της βιομηχανικής ραδιογραφίας. (2) Να εξετασθεί και να οργανωθεί ο τρόπος με τον οποίο το λογισμικό XRSIM μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην διδασκαλία των αρχών της βιομηχανικής ραδιογραφίας ταυτόχρονα με τη χρήση του πραγματικού εργαστηρίου παραγωγής ραδιογραφιών. (3) Να εξετασθεί το πιο κατάλληλο και κατά προτίμηση ελεύθερο λογισμικό για την κατασκευή και τροποποίηση δοκιμίων σε μορφή αρχείων CAD, με σκοπό την εισαγωγή τους στον κώδικα XRSIM για την εικονική ραδιογράφιση συγκεκριμένων γεωμετριών. (4) Να παρουσιασθούν οι βασικές αρχές της τομογραφίας και να παραχθεί μία τομογραφία μιας τυπικής γεωμετρίας με τη βοήθεια του κώδικα XRSIM. Επισημαίνεται ότι η χρήση του XRSIM αντί πραγματοποίησης ραδιογραφίας στο Εργαστήριο ελαχιστοποιεί το κόστος της εκπαίδευσης κυρίως διότι δεν χρειάζεται χρηματοδότηση για φιλμ και αναλώσιμα και συντήρηση του εμφανιστηρίου. Επί πλέον η χρήση του κώδικα XRSIM εξοικονομεί πολύ χρόνο, αφού το βήμα της εμφάνισης του φιλμ έχει εξαλειφθεί. Έτσι εξάσκηση με τον κώδικα XRSIM με τη χρήση αντίστοιχων αποσπασμάτων θεωρίας βοηθούν στην κατανόηση του ρόλου των ρυθμίσεων της μηχανής παραγωγής ακτίνων –x, όπως της υψηλής τάσης (kV), της έντασης (mA), του χρόνου έκθεσης (s), της επιλογής τύπου φιλμ, της απόστασης κοκ. Τα αρχεία CAD που μπορούν να εισαχθούν στο κώδικα με πληροφορίες για την γεωμετρία του δοκιμίου είναι τύπου "ASCII stl", μία από τις πρώτες προτυποποιήσεις για CAD πληροφορίες. Υπάρχουν πολλά ελεύθερα ή εμπορικά λογισμικά που μπορούν να δημιουργήσουν και να χειρισθούν αρχεία αυτού του τύπου. Συμπεραίνεται ότι το ελεύθερο "GoogleSketchUp" είναι το πιο χρήσιμο στην γρήγορη και εύκολη παραγωγή αρχείων CAD τύπου "ascii stl". Ο χρήστης εξοικειώνεται γρήγορα με το λογισμικό αυτό με αποτέλεσμα τη δυνατότητα παραγωγής πολλών αρχείων απλής ή πολύπλοκης γεωμετρίας. Όσον αφορά τις τομογραφικές μεθόδους, αυτές έχουν επικρατήσει στον μη καταστροφικό έλεγχο του εσωτερικού δοκιμίων τόσο στη βιομηχανική όσο και στην ιατρική ραδιογραφία. Χρησιμοποιώντας τον κώδικα XRSIM και άλλο εξειδικευμένο λογισμικό γίνεται δυνατή η εξερεύνηση των μεθόδων τομογραφίας σε επίπεδο προσομοίωσης. Η προσομοίωση τομογραφίας βοηθάει (α) στην κατανόηση των μεθόδων "back projection" και την επιλογή της πιο αποτελεσματικής από αυτές και (β) στο να καταδείξει τι απαιτείται να προστεθεί, σε πρακτικό επίπεδο, στον ήδη διαθέσιμο εξοπλισμό του Εργαστηρίου Πυρηνικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ για την υλοποίηση πραγματικής τομογραφίας.

The main objectives of this Diploma Dissertation may be summarized as it follows: (1) To extensively present and review the XRSIM special software, which simulates the typical processes of industrial radiography. (2) To use the XRSIM simulation software as a tool for teaching industrial radiography using the class in parallel to the actual radiography laboratory. (3) To review the most appropriate and preferably free available software to be used for the construction and modification of specimens in the form of CAD files, that could be introduced to XRSIM in order to serve for the simulation of the radiography of specific geometries. (4) To present the basic principles of tomography and to simulate a tomography of a typical cross-section using the help of XRSIM software. It is indicated that employing XRSIM, instead of actually performing radiographies, minimizes training costs mainly because there is no need to fund for film and film processor consumables and maintenance. Furthermore, simulations with XRSIM are extremely time saving since film development time is not necessary. Therefore, appropriate training simulation exercises accompanied by segments of basic radiography theory could assist towards the understanding of the role of the main radiographic procedures components on the virtual level, namely: the x-ray generator type, the selection of the suitable exposure (high voltage kV, mA, distance etc.) and the selection of the suitable film type. The CAD files that could be introduced to XRSIM with the geometry information of the specimen are following the "ASCII stl" format, originally introduced for stereolithography prototyping. Lots of free and commercial software is available for drawing in this format. It is concluded that the free "GoogleSketchUp" is readily provided for the easy and quick production of specimens in "ASCII stl". One can easily familiarize with this software , thus allowing for the production of numerous simple or complicated geometries of specimens. Regarding tomographic procedures, such methods have been well established for the non destructive inspection of specimen interior both in medical and industrial imaging. Tomography simulations from virtual specimens can be successfully investigated using XRSIM and other specialized software. Such simulations could help (a) in terms of understanding which is the most appropriate variation of the back-projection tomographic methodology and (b) in showing what is further needed in the practical level, so that to proceed to actual tomographic imaging using the already available equipment in the Nuclear Engineering Laboratory of NTUA.