Εμφάνιση και ψηφιοποίηση φιλμ στην εγκατάσταση βιομηχανικής ραδιογραφίαςτου τομέα πυρηνικής τεχνολογίας με πρακτικές εφαρμογές

Abstract

Η Βιομηχανική Ραδιογραφία είναι μία από τις σημαντικότερες εφαρμοζόμενες Μεθόδους Μη Καταστροφικού Ελέγχου. Μάλιστα, θεωρείται από πολλούς ως η πλέον ευέλικτη. Χρησιμοποιεί ακτίνες –x ή/και ακτίνες –γ υψηλής διαπεραστικής ικανότητας καθώς και άλλες μορφές ακτινοβολίας, οι οποίες ενώ δεν καταστρέφουν ή με άλλο τρόπο παραποιούν το ραδιογραφούμενο αντικείμενο, παρέχουν μία σχεδόν πλήρη εικόνα των συνθηκών που επικρατούν στο εσωτερικό του. Η εικόνα αυτή καταγράφεται μόνιμα συνήθως σε φιλμ (με τρόπο εντελώς ανάλογο όπως οι ιατρικές ακτινογραφίες) και περιέχει σημαντικές πληροφορίες με βάση τις οποίες ελέγχεται η κατασκευαστική πληρότητα του προϊόντος. Τα τελευταία 30 έτη (1975 –2005), τα στοιχεία από τέτοια φιλμ βιομηχανικής ραδιογραφίας, επέτρεψαν στην βιομηχανία να αυξήσει την αξιοπιστία των προϊόντων της, και παρείχαν τα μέσα για την πρόληψη μεγάλων ατυχημάτων και τη συνακόλουθη διάσωση ζωών, με κοινωνικό όφελος που καρπώνεται πλήρως ο τελικός χρήστης των ραδιογραφούμενων προϊόντων. Η Βιομηχανική Ραδιογραφία είναι εξαιρετικά ευέλικτη μέθοδος. Τα ραδιογραφούμενα αντικείμενα / προϊόντα, έχουν μέγεθος που κυμαίνεται από ηλεκτρονικά ανταλλακτικά σχεδόν οσοδήποτε μικρά, έως και οσοδήποτε μεγάλα μηχανολογικά μέρη διαστημικών πυραύλων. Επιπλέον η σύνθεση των ραδιογραφούμενων αντικειμένων μπορεί να περιέχει σχεδόν οποιοδήποτε γνωστό κατασκευαστικό υλικό. Τέλος, ο τρόπος κατασκευής (χύτευση, συγκόλληση κλπ) των αντικειμένων αυτών, ελάχιστα επηρεάζει. Σημειώνεται ότι υπάρχει διαρκής έρευνα και ανάπτυξη στο πεδίο της Βιομηχανικής Ραδιογραφίας, από την οποία προκύπτουν συνεχώς νέες πηγές ακτινοβολίας και νέες τεχνικές παραγωγής της ραδιογραφικής εικόνας κατάλληλες προς χρήση. Η σημασία της Βιομηχανικής Ραδιογραφίας οδηγεί στην ανάγκη για ύπαρξη ειδικά καταρτισμένου προσωπικού, ικανού να χειριστεί (α) την πραγματοποίηση της ραδιογραφίας υπό ασφαλείς συνθήκες ραδιοπροστασίας, (β) την λήψη της ραδιογραφικής εικόνας από δοκίμια με τους κανόνες της τέχνης και της επιστήμης και (γ) της ερμηνείας των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τη ραδιογραφία. Με το βλέμμα στην ανάγκη αυτήν, το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και ο Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών αποφάσισαν τη δημιουργία μίας εργαστηριακής εγκατάστασης Βιομηχανικής Ραδιογραφίας. Με τη λειτουργία της εγκατάστασης αυτής στο ΕΜΠ θα επιδιωχθεί η εξοικείωση των μελλοντικών Μηχανολόγων και άλλων Μηχανικών με το αντικείμενο της Βιομηχανικής Ραδιογραφίας στο προπτυχιακό αλλά και στο μεταπτυχιακό στάδιο. Για το σκοπό αυτό στην εργαστηριακή εγκατάσταση, η οποία αυτή τη στιγμή (2010) βρίσκεται στο στάδιο της διαμόρφωσης με τη βοήθεια ήδη αποκτηθέντος εξοπλισμού, θα ραδιογραφούνται δοκίμια χρησιμοποιώντας συσκευή παραγωγής ακτίνων –x. Δεδομένου ότι ο εξοπλισμός αυτός είναι απολύτως ενεργητικός και λειτουργεί μόνο με την παροχή της κατάλληλης ηλεκτρικής ισχύος αποφεύγονται ουσιαστικά προβλήματα ραδιοπροστασίας που θα υπήρχαν αν αντίθετα γινόταν χρήση ισχυρών ισοτοπικών πηγών φωτονίων, όπως π.χ. προβλήματα φύλαξης και ασφαλούς θωράκισης. Η καταγραφή της ραδιογραφικής εικόνας θα γίνεται σε συμβατικό φιλμ, του οποίου η εμφάνιση θα πραγματοποιείται σε αυτόματο εμφανιστήριο. Για τη λειτουργία του υπόψιν εξοπλισμού διατέθηκαν από τον Τομέα Πυρηνικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ συγκεκριμένοι χώροι που εξασφαλίζουν την ασφαλή για το προσωπικό και τους φοιτητές έκθεση των δοκιμίων και την εμφάνιση των φιλμ σε περιβαλλοντικές συνθήκες (φωτισμού, θερμοκρασίας κλπ.) που δεν αλλοιώνουν τη ραδιογραφική εικόνα. Tο αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας, η οποία ανατέθηκε στα πλαίσια του μαθήματος "Βιομηχανικές Εφαρμογές Πυρηνικής Τεχνολογίας" του 7ου χειμερινού εξαμήνου της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών είναι η εξέταση των μεθόδων αυτόματης και χειροκίνητης εμφάνισης φιλμ, και η εφαρμογή των μεθόδων αυτών για την εμφάνιση φιλμ προερχόμενα (α) από δοκιμές ραδιογραφίας με μικρές σημειακές πηγές φωτονίων (β) από δοκιμές αυτοραδιογραφίας και (γ) από ραδιογραφίες με χρήση της πηγής ακτίνων-x 50kV του Εργαστηρίου Πυρηνικής Τεχνολογίας. Στα πλαίσια του αντικειμένου της Διπλωματικής εξετάζονται επίσης οι βασικές αρχές για την οπτική και την ψηφιακή μέτρηση της αμαύρωσης του φιλμ και για την ψηφιοποίηση των φιλμ Βιομηχανικής Ραδιογραφίας. Τέλος, με βάση κατάλληλη σειρά ραδιογραφιών με κατάλληλα δοκίμια "κλίμακας" διερευνάται πειραματικά με σειρά ραδιογραφήσεων με χρήση της πηγής ακτίνων-x 50kV, ο τρόπος με τον οποίο μπορούν να κατασκευάζονται Διαγράμματα Εκθεσης. Εξετάζεται ακόμα ο τρόπος με τον οποίο τα Διαγράμματα Εκθεσης μπορούν να αναπαριστώνται από κατάλληλες συσχετίσεις.

The main tasks within the frame of this Diploma Dissertation may be summarized as it follows: (1) to extensively review and present the methods of automated and manual industrial radiography film development and fixing. (2) to review the installation and the appropriate use of an automated industrial film processor available at the Nuclear Engineering Laboratory of NTUA (3) to apply the development and fixing methods presented for the processing of films which are mainly the results of: (a) radiographies using point photon sources of low activity, (b) autoradiographies and (c) radiographies using a small 50 kV –x ray generator available at the Nuclear Engineering Laboratory of NTUA. (4) to investigate the basic principles for the optical and digital measurement of the industrial radiography film density. (5) to investigate the basic principles for the industrial radiography film digitization, using a simple home-office film scanner. (6) to experimentally construct exposure diagrams for the 50 kV –x ray generator using step wedge specimens constructed of PVC and Aluminum. and finally, (7) to examine the feasibility of producing suitable correlations for the calculation of exposure without using the exposure diagrams. The following conclusions may be drawn: - With regard to the film development process The film development installation is appropriate and capable of film processing for the needs of applications of industrial radiography. The radiographic images of industrial radiography films that have been processed manually or automatically appear to have the same quality under the same exposure circumstances. Following some specific tests, faster dental films seem to be more suitable for use in radiography and autoradiography laboratory exercises for educational purposes. - With regard to the economy of film development process It is advisable to apply manual film processing techniques, if only a few films are to be processed within an extended time period. Automated film processing is more suitable, when there is a relatively big amount of films to be developed within a short time period. - With regard to research using autoradiographic techniques Autoradiography using point or bulk photon sources with low activity can be relative hard to accomplish in short durations. Films that are relatively faster than ordinary industrial radiography films must be used. On the other hand autoradiography using -α or –β radiation sources is relatively easier and can be accomplished in short durations. - With regard to the method of measuring film density Considering the limited capabilities of the home-office scanner tested for this purpose, it seems more reliable to utilize optical measuring of film density than measuring through digitization using the scanner. It is therefore advisable to employ professional industrial radiography film scanners, when there is need of reliable digitization of radiographic images.