Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Để có được những kiến thức, hiểu biết trong suốt những năm học tập ở
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cũng như thời gian thực hiện đồ án tốt
nghiệp, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Các thầy cô giảng viên Viện kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường, Viện
Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tận tình dạy bảo và truyền
đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm học tập và làm việc.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ks. V ũ Tiến Hà –Giám đốc trung tâm
Đánh giá không phá huỷ và Ths. Vũ Tiến Phong đã không tiếc thời gian, công
sức trực tiếp hướng dẫn trong suốt thời gian em làm đồ án tại trung tâm. Em
cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị ở Trung tâm đánh giá không phá huỷ đã
tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên
và bên em trong cuộc sống cũng như trong học tập.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 6/2011
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 1
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

5
PHẦN 1: MỞ ĐẦU

7
PHẦN 2: NỘI DUNG

9
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP

18
1.2: Ăn mòn

21
1.2.1: Khái niệm

21
1.2.2: Tầm quan trong về mặt kinh tế của kiểm soát ăn mòn kim loại

23
1.2.3: Các dạng ăn mòn

23
1.2.4: Các biện pháp chống ăn mòn kim loại

25
1.3: Kỹ thuật chụp phóng xạ để xác định ăn mòn

26
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 3
Đồ án tốt nghiệp
1.3.1: Chụp ảnh phóng xạ truyền thống

26
1.3.1.1: Định nghĩa

26
1.3.1.2: Nguyên lý của chụp ảnh phóng xạ

26


37
1.3.4.2: Các phương pháp xác định liều chiếu………………………………… …37
1.3.4.3. Phương pháp giản đồ chiếu

38
1.3.4 .4 An toàn bức xạ

40
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

43
2.1: Thiết kế và chế tạo mẫu đối chứng

43
2.2: Các thiết bị bố trí trong thực nghiệm

43
2.2.1: Máy phát tia X

43
2.2.2: Máy quét ảnh Scan
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 5
Đồ án tốt nghiệp

45
2.2.3: Phần mềm xử lý ảnh Isee

45
2.3: Bố trí hình học

Hình 1.6 :Sự tạo cặp 15
Hình 1.7 :Sơ đồ phát tia X 16
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 7
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.8 :Biểu đồ dạng phổ bức xạ tia X 18
Hình 1.9 :Giản đồ bước sóng, tần số của các loại sóng điện từ 19
Hình 1.10:Biểu đồ dạng phổ các nguồn gamma 20
Hình 1.11: Một số hình ảnh về ăn mòn 22
Hình 1.12: Nguyên lý kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp chụp ảnh
phóng xạ 27
Hình 1.13:Cấu tạo phim chụp ảnh bức xạ 28
Hình 1.14:Quá trình tạo ảnh ẩn trên tấm IP 30
Hình 1.15:Quá trình đọc ảnh 32
Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo máy đọc ảnh kỹ thuật số CR-35 32
Hình 1.17: Nguyên lý chụp ảnh phóng xạ tạo bóng 33
Hình 1.18: 34
Hình 1.19: Nguyên lý của kỹ thuật so sánh độ đen (mức xám) trên
phim 35
Hình 1.20: Xác định chiều dày bằng phần mềm Isee 36
Hình 1.21:Đường đặc trưng đối với một loại phim nhất định 38
Hình 1.22:Giản đồ chiếu cho máy phát tia X, SMART-300 dùng cho
chụp vật liệu thép ở các giá trị cao áp khác nhau 39
Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mẫu đối chứng 44
Hình 2.2: Máy quét ảnh Scan CR-35 45
Hình 2.3: Giao diện phần mềm Isee 45
Hình 2.4: Tối ưu hóa quan sát và tối ưu hóa giá trị 46
Hình 2.5: Filter lowpass 47
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 8
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.6: Chuẩn thang đo 47

chất lượng trong quá trình sản xuất hoặc bị mất mát do hiện tượng ăn mòn
kim loại gây ra.
• Chi phi cho các biện pháp để phòng ngừa, các biện pháp để bảo vệ chống ăn
mòn kim loại.
Thông thường chi phí trực tiếp ít hơn rất nhiều so với chi phí gián tiếp. vì vậy
việc nghiên cứu bảo dưỡng và bảo vệ chống ăn mòn, kéo dài thời gian sử dụng
các thiết bị , máy móc, các cấu kiện, cầu cảng, tàu biển, các công trình ven biển
… Thường xuyên là vấn đề rất có ý nghĩa về mặt khoa học kỹ thuật cũng như về
mặt kinh tế.
Chụp ảnh phóng xạ là một phương pháp để kiểm tra ăn mòn kim loại rất tốt.
Ngoài ra sử dụng máy tính hỗ trợ trong chụp ảnh phóng xạ làm tăng khả năng
phát hiện ăn mòn cao. Đây chính là hướng nghiên cứu trong đồ án “ Ứng dụng
phương pháp chụp ảnh phóng xạ nhằm xác định mức độ ăn mòn các ống
công nghệ của nhà máy công nghiệp ”.
Đồ án gồm những nội dung chính sau:
Phần 1: Mở đầu
Phần 2: Nội dung
Chương I: Cơ sở của phương pháp
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 10
Đồ án tốt nghiệp
Chương II: Phương pháp thực nghiệm
Chương III: Kết quả và thảo luận
Phần 3: Kết luận
PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP
Là phương pháp kiểm tra không phá hủy mẫu sử dụng bức xạ ion hóa có
độ xuyên sâu cao (tia X, gamma, nơtron) để tạo hình ảnh thấy được trên phim
phóng xạ nhằm xác định các khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu và có
cấu hình khác nhau. Một phim chụp ảnh bức xạ thích hợp được đặt phía sau vật
kiểm tra và được chiếu bởi một chùm bức xạ qua nó. Cường độ bức xạ đi qua vật

phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ.
- Tuân theo định luật tỷ lệ
nghịch với bình phương khoảng
cách, tức là cường độ bức xạ tia
X hoặc tia gamma tại một điểm bất kì nào đó tỷ lệ với bình phương khoảng cách
từ nguồn đến điểm đó.
Theo toán học biểu điễn là:( )
( )
2
2
1
2
2
1
l
I
I
l
=
Trong đó, I
1
và I
2
lần lượt là cường độ bức xạ tại C
1
và C
2

: Cường độ bức xạ tới và truyền qua
µ: Hệ số hấp thụ dài ( cm
-1
)
x: Bề dày ( cm)
- Trong khi truyền qua vật liệu chúng có thể bị hấp thụ hoặc bị tán xạ.
Sự suy giảm cường độ của chùm bức xạ tới xảy ra theo ba hiệu ứng cơ bản đó
là: sự hấp thụ quang điện, sự tán xạ compton và hấp thụ tạo cặp. Tuy nhiên,
trong điều kiện sử dụng năng lượng bức xạ thấp (nhỏ hơn 1.022MeV), thì hai
hiệu ứng hấp thụ quang điện và tán xạ compton là chủ yếu.
1.1.1.2 Hấp thụ quang điện
Hiện tượng hấp thụ quang điện là hiện tượng photon( tia X hoặc tia γ) truyền
toàn bộ năng lượng của chúng cho electron nằm ở lớp vỏ trong cùng của nguyên
tử, làm bứt electron ra khỏi nguyên tử. Trong quá trình này thì bức xạ tia X hoặc
tia gamma biến mất. Electron bứt ra đó gọi là electron quang điện. Quá trình hấp
thụ quang điện thường đi kèm với quá trình phát bức xạ tia X đặc trưng. Do
electron lớp ngoài cùng nhảy vào
chiếm chỗ electron đã mất đi đồng
thời giải phóng ra bức xạ tia X đặc
trưng.
Năng lượng của quang electron là:
E = hγ - E
lk

Với : E : Năng lượng của quang
electron
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 14
Hình 1.4 Hiệu ứng hấp thụ quang điện
Đồ án tốt nghiệp
hγ

k
thì σ
a
~
5
7/2
Z
E
γ
Hiệu ứng hấp thụ quang điện chủ yếu xảy ra ở lớp K của điện tử. Năng
lượng mà tại đó sự thay đổi đặc biệt sắc nét xảy ra ở lớp K, gọi là biên độ hấp
thụ K và biểu thị trạng thái mà ở đó điện tử được giải phóng có động năng bằng
không. Việc tăng năng lượng của photon tới sẽ làm giảm xác suất hấp thụ nên
hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra tại ngưỡng 115KeV. Nó chiếm khoảng 80% hiện
tượng hấp thụ quang điện của nguyên tử nên coi:

4
5
a a
k NT
σ σ
=
Trong đó,
a
k
σ
tiết diện hấp thụ quang điện trên lớp vỏ K

a
NT

2
0
2
0
mc E
E=
mc +E (1-cosθ)
Trong đó, E là năng lượng photon tán xạ, E
0
là năng lượng photon tới, θ là
góc tán xạ, m là khối lượng của điện tử, c là vận tốc ánh sáng trong chân không.
Tán xạ compton xảy ra chủ yếu đối với các electron tự do và các electron
liên kết yếu nằm ở lớp ngoài cùng của nguyên tử do những electron này có thể
xem như là tự do đối với bức xạ có năng lượng cao. Xác suất của tán xạ
Compton tăng một cách tuyến tính với nguyên tử số của chất gây ra tán xạ và
giảm chậm khi năng lượng photon tăng. Đối với năng lượng cỡ trung bình thì
hiệu ứng Compton là quan trọng nhất trong sự suy giảm của bức xạ. Thực tế, sự
tác động của bức xạ tán xạ mà phần lớn những bức xạ đi đến phim có một hướng
khác với hướng truyền của bức xạ sơ cấp. Bức xạ sơ cấp tạo ra ảnh chụp bức xạ
trên phim còn bức xạ tán xạ compton có khuynh hướng làm mờ ảnh chụp bức xạ
trên phim. Khi năng lượng của bức xạ sơ cấp tăng lên thì tỷ lệ phần trăm bức xạ
tán xạ Compton lớn hơn hướng về phía trước gần trùng với hướng truyền chùm
bức xạ sơ cấp.
1.1.1.4. Hiệu ứng tạo cặp
Sự tạo cặp là quá trình biến đổi của photon thành hai hạt cơ bản là positron
và electron. Quá trình này chỉ xảy ra khi năng lượng của photon tới vượt quá hai
lần khối lượng nghỉ của một electron, nghĩa là hν ≥ 2m
0
c
2

nghìn lần, nằm trong khoảng 10
-4
đến 10 A
0
, được tạo ra khi điện tử chuyển
động mang năng lượng cao bị hãm lại đột ngột.
Khi các hạt điện tử chuyển động với vận tốc lớn, đến gần hạt nhân bia,
chúng chịu một lực hút và chuyển động chậm lại hoặc bị đổi hướng. Quá trình
này kèm theo phát bức xạ tia X. Đôi khi các điện tử bị hãm lại đột ngột thì toàn
bộ động năng của chúng được chuyển thành bức xạ tia X lớn nhất với bước sóng
nhỏ nhất. Nhưng trong thực tế thì toàn bộ phổ của bức xạ có giải bước sóng dài
hơn được phát ra bởi các điện tử mà các điện tử này chỉ mất đi một phần năng
lượng của chúng trong một lần tương tác với hạt nhân và chịu nhiều va chạm với
các nguyên tử bia trước khi chúng dừng lại. Như vậy, phổ bức xạ tia X là một
dạng phổ liên tụ với một bước sóng nhỏ nhất λ
min
có giá trị xác định. Ta có :
E = h.f. Năng lượng một điện tử có điện tích e đi vào một hiệu điện thế V là e.V,
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 19
Đồ án tốt nghiệp
sự hấp thụ năng lượng hoàn toàn thì giải phóng tia X có năng lượng
h.f= h.c/λ=e.V
min
h.c 12,4
λ = =
e.V V
Trong đó, h là hằng số Plank và f là tần số, c là vận tốc ánh sáng, V là hiệu
điện thế đặt giữa 2 cực anode và cathode.
Trong phổ của bức xạ tia X còn có cả bức xạ tia X đặc trưng. Bức xạ tia X
đặc trưng được phát ra do sự va chạm của các electron tới với các electron ở lớp

rã trong một giây. Thực tế, một đơn vị cũng thường được sử dụng là Curie (Ci)
và bằng tốc độ phân rã 3.7 x 10
10
phân rã trên giây (1 Ci = 3.7x10
10
Bq).
Hoạt độ phóng xạ của bất kì một chất phóng xạ nào cũng phụ thuộc vào độ
tập trung nguyên tử phóng xạ có trong chất phóng xạ theo quy luật hàm số mũ.
Quy luật này được biểu diễn theo hàm toán học: N = N
0
x e
-λt
. Trong đó, N
0
là số
nguyên tử phóng xạ đầu (ở thời điểm t = 0), N là số nguyên tử phóng xạ sau một
khoảng thời gian t, λ là hằng số phân rã phóng xạ và là một đặc trưng của chất
phóng xạ. Giá trị λ càng lớn thì phân rã càng nhanh và ngược lại.
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 22
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.10 biều đồ dạng phổ các nguồn gamma
Chu kì bán rã được định nghĩa là thời gian cần thiết để cho số nguyên tử
phóng xạ ban đầu giảm xuống còn một nửa. Chu kì bán rã là một đặc trưng của
một đồng vị phóng xạ và được kí hiệu là T
1/2
, các đồng vị khác nhau có chu kì
bán rã khác nhau. Các đồng vị phóng xạ có thể có chu kì rất ngắn chỉ một phần
nhỏ của giây, nhưng cũng có các đồng vị có chu kì bán rã lên đến hàng triệu
năm. Trong chụp ảnh phóng xạ thường sử dụng những đồng vị phóng xạ có chu
kì bán ra khoảng vài ngày đến vài năm. Khi thay N=N

1.2 Ăn mòn [2]
1.2.1 Khái niệm
Cụm từ “ăn mòn” được dịch ra từ chữ “ corrosion ”. Nó xuất phát từ từ ngữ
latin “ corrodère” có nghĩa là “gặm nhấm” hoặc “ phá hủy” . Về nghĩa rộng sự ăn
mòn được dùng để chỉ cho sự phá hủy vật liệu trong đó bao gồm kim loại và các
vật liệu phi kim loại khi có sự tương tác hóa học hoặc vật lý giữa chúng với môi
trường ăn mòn gây ra. Có thể đơn cử một số hiện tượng ăn mòn sau:
- Sự chuyển hóa thép thành gỉ thép khi thép tiếp xúc với không khí ẩm.
- Sự rạn nứt của đồng thau, kim loại đồng khi tiếp xúc với môi trường
amoniac.
- Sự lão hóa của các vật liệu polyme do tác dụng của tia cực tím, do tác
dụng của dung môi, của nhiệt độ …
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 24
Đồ án tốt nghiệp
Ở đây chúng ta chỉ quan tâm tới vấn đề ăn mòn kim loại, vì kim loại là vật
liệu được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghiệp, nó có một số ưu
điểm hơn hẳn các vật liệu khác:
- Độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao
- Độ bền cơ học cao, độ co giảm, độ kháng kéo cao
- Độ bền nhiệt cao
Hình 1.11: Một số hình ảnh về ăn mòn
Về định nghĩa ăn mòn kim loại có thể phát biểu ở nhiều dạng khác nhau. Sau
đây là một số định nghĩa:
Nguyễn Văn Thanh-K51-ĐHBKHN Trang 25