بخشی از مقاله
پرتوهاي الكترومغناطيس با طول موجهاي بسيار كوتاه ،يعني پرتوهاي X و ، بدرون محيطهاي مادي جامد نفوذ كرده ولي تا حدي بوسيلة آنها جذب مي شوند. ميزان جذب به چگالي و ضخامت ماده اي كه موج از آن مي گذرد و همچنين ويژگيهاي خود پرتوالكترومغناطيس بستگي دارد. تشعشعي را كه از ماده عبور مي كند مي توان روي فيلم و يا كاغذ حساس آشكارسازي و ثبت نموده ، بر روي يك صفحه داراي خاصيت فلورسانس و يا به كمك تجهيزات الكترونيكي مشاهده نمود.
به بيان دقيق ، راديوگرافي به فرآيندي اطلاق مي شود كه در آن تصوير بر روي يك فيلم ايجاد شود. هنگامي كه تصويري دائمي بر روي يك كاغذ حساس به تابش ثبت گردد،فرآيند به راديوگرافي كاغذي موسوم مي باشد. سيستمي كه در آن تصويري نامريي بر يك صفحة باردار الكترواستاتيكي ايجاد شده و از اين تصوير براي ايجاد تصوير دائمي بر روي كاغذ استفاده مي شود، به راديوگرافي خشك شهرت داشته و فرآيندي كه بر يك صفحه داراي خاصيت فلورسانس تصوير گذار تشكيل مي دهد، فلورسكپي ناميده مي شود. بالاخره هنگامي كه شدت تشعشعي كه از ماده گذشته بوسيله تجهيزات الكترونيكي نمايان و مشاده گردد، با فرآيند پرتوسنجي سرو كار خواهيم داشت.
به جاي پرتوهاي X و مي توان از پرتوهاي نوترون استفاده نمود ، اين روش به راديوگرافي نوتروني موسوم مي باشد (به بخش 2-7 فصل 7 رجوع كنيد)
هنگامي كه يك فيلم راديوگرافي تابش ديده ظاهر شود ،با تصويري روبرو خواهيم بود كه كدورت نقاط مختلف آن متناسب با تشعشع دريافت شده بوسيلة آنها بوده و مناطقي از فيلم كه تابش بيشتري دريافت كرده اند سياه تر خواهند بود. همانطور كه پيش از اين اشاره كرديم ،ميزان جذب در يك ماده تابعي از چگالي و ضخامت آن مي باشد. همچنين وجود پاره اي از عيوب از قبيل تخلخل و حفره نيز بر ميزان جذب تأثير مي گذارد. بنابراين ، آزمون راديوگرافي را مي توان براي بازرسي و آشكارسازي برخي از عيوب مواد و قطعات مورد استفاده قرار داد. در بكار بردن سيستم راديوگرافي و ديگر فرآيندهاي مشابه يابد نهايت دقت اعمال شود ،زيرا پرتوگيري بيش از حد مجاز مي تواند نسوج بدن را معيوب نمايد.
كاربردهاي راديوگرافي
ويژگيهايي از قطعات و سازه ها را كه منشأ تغيير كافي ضخامت يا چگالي باشند، مي توان به كمك راديوگرافي آشكارسازي و تعيين نمود. هر چه اين تغييرات بيشتر باشد آشكارسازي آ“ها ساده تر خواهد بود ،تخلخل و ديگر حفره ها و همچنين ناخالصيها – به شرط آنكه چگاليشان متفاوت با مادة اصلي باشد . از جمله اصلي ترين عيوب قابل تشخيص با راديوگرافي به شمار مي روند. عموماً بهترين نتايج بازرسي هنگامي حاصل خواهد شد كه ضخامت عيب موجود در قطعه ، در امتداد پرتوها ، قابل ملاحظه باشد. عيوب مسطح از قبيل تركها ،به سادگي قابل تشخيص نبوده و امكان آشكارسازي آنها بستگي به امتدادشان نسبت به امتداد تابش پرتوها خواهد داشت. هر چند كه حساسيت قابل حصول در راديوگرافي به عوامل گوناگوني بستگي پيدا مي كند ؛ ولي در حالت كلي اگر ويژگي مورد نظر تفاوت ميزان جذب 2درصد يا بيشتر ،نسبت به محيط مجاور ،را به همراه داشته قابل تشخيص خواهد بود.
راديوگرافي و بازرسي فراصوتي (به فصل 5 رجوع كنيد ) روشهايي هستند كه معمولاً براي آشكارسازي موفقيت آميز عيوب دروني و كاملاً زير سطحي مورد استفاده قرار مي گيرند. البته بايد توجه دشات كه كاربرد آنها به همين مورد محدود نمي كگدرد. اين دو روش را مي توان مكمل همديگر دانست ، زيرا در حاليكه راديوگرافي براي عيوب غير مسطح مؤثرتر مي باشد، روش فراصوتي نقايص مسحط را راحت تر تشخيص مي دهد.
تكنيكهاي راديوگرافي غالباً براي آزمايش جوش و قطعات ريختگي مورد استفاده قرار مي گيرد و در بسياري از موارد ، از جمله مقاطع جوش و ريختگي هاي ضخيم سيستم هاي فشار بالا (مخازن تحت فشار ) ،بازرسي با راديوگرافي توصيه مي شود. همچنين مي توان وضعيت استقرار و جاگذاري صحيح قطعات مونتاژ شدة سازه ها را به كمك راديوگرافي مشخص نمود. يكي از كاربردهاي بسيار مناسب به جاي اين روش ، بازرسي مجموعه هاي الكتريكي و الكترونيكي براي پيدا كردن ترك ، سيمهاي پاره شده ، قطعات اشتباه جاگذاري شده يا گم شده و اتصالات لحيم نشده است. ارتفاع مايعات در سيستم هاي آب بندي شدة حاوي مايع را نيز مي توان با روش راديوگرافي تعيين نمود.
هر چند روش راديورگرافي را مي توان براي بازرسي اغلب مواد جامد بكار برد، ولي آزمايش مواد كم چگالي و يا بسيار چگال مي تواند با مشكلاتي همراه باشد. مواد غير فلزي و همچنين فلزات آهني و غير آهني ،در محدودة وسيعي از ضخامت ، را مي توان با اين تكنيك بازرسي كرد. حساسيت روشهاي راديوگرافي به پارامترهاي چندي از جمله نوع و شكل قطعه و نوع عيوب آن بستگي دارد. اين عوامل در بخشهاي زيرين مورد توجه قرار خواهد گرفت.
برخي از محدوديت راديوگرافي
هر چند بازرسي غير مخرب به روش راديوگرافي تكنيكي بسيار مفيد براي آزمون مواد به حساب مي آيد ،ولي داراي محدوديتها و معايبي نيز هست.هزينه هاي مرتبط با راديوگرافي در مقايسه با ديگر روشهاي غير مخرب بالا مي باشد ؛ ميزان سرمايه گذاي ثابت براي خريد تجهيزات اشعه X زياد بوده و بعلاوه ، فضاي قابل ملاحظه اي براي آزمايشگاه كه تاريكخانه نيز بخشي از آنست مورد نياز است . هزينه سرمايه گذاري براي منابع اشعة X قابل جابجايي كه براي بازرسي هاي «درجا» مورد استفاده قرار مي گيرند بسيار كمتر ؛ ولي به تاريكخانه و فضاي تفسير فيلم نياز خواهد بود.
هزينه هاي عملياتي راديورگافي نيز بالا مي باشد ،زمان سوار كردن و تنظيم دستگاهها معمولاً طولاني بوده و ممكن است بيش از نصف كل زمان بازرسي را در برگيرد. راديوگرافي پاي كار قطعات و سازه ها ممكن است فرآيندي طولاني باشد، زيرا تجهيزات قابل جابجايي اشعه X داراي پرتوهاي كم انرژي بوده و چشمه هاي قابل جابجايي اشعة نيز ،به همين ترتيب ، شدت نسبتاً كمي دارند زيرا منابع پر انرژي احتياج به حفاظ هاي سنگيني داشته و بنابراين عملاً قابل انتقال نخواهند بود.
با توجه به اين عوامل ،راديوگرافي پاي كار به ضخامت هاي تا 75 ميليمتر فولاد يا معادل آن محدود مي گردد؛ در اينحال نيز آزمايش مقاطع ضخيم ممكن است تا چند ساعت طول كشد . در اينگونه موارد ممكن است پرسنل واحد مورد بازرسي براي مدتي طولاني مجبور به ترك محل گردند ،كه اين عامل را نيز بايد در زمرة معايب اين تكنيك بازرسي به حساب آورد.
هزينه هاي عملياتي فلورسكپي اشعه X ، در مقايسه با راديوگرافي ،بسيار كمتر مي باشد. زمان تنظيم و سوارد كردن تجهيزات بسيار كوتاهتر و زمان تابش دهي نيز معمولاً كوتاه بوده و نيازي به آزمايشگاه ظهور فيلم نيست.
يكي ديگر از جنبه هاي هزينه زاي راديوگرافي لزوم حفاظت پرسنل از اثرات سوء پرتوها مي باشد. در اين خصوص بايد تمهيدات ايمني مورد لزوم به طور كامل براي پرسنل مستقيماً مرتبط با بازرسي و همچنين آنهايي كه در اطراف محل راديوگرافي كار مي كنند مورد توجه قرار گيرد.
همان طور كه يادآوري شد ،جملگي عيوب را نمي توان به روش راديوگرافي رديابي كرد؛ مثلاً ترك ها تنها در حالي قابل تشخيص خواهند بود. كه در امتداد تابش پرتوها قرار گيرند؛ حتي در اين حالت هم تركهاي ريز امكان مخفي شدن را خواهند داشت . عيوب تورقي فلزات نيز غالباً با راديوگرافي قابل تشخيص نمي باشند.
اصول راديوگرافي
در آزمون راديوگرافي ، جسم مورد آزمايش در مسير پرتوهاي صادره از چشمة اشعة X يا قرار گرفته و محيط ثبت كننده (معمولاً فيلم ) نزديك به جسم ولي در سمت مقابل چشمة تابش كننده قرار مي گيرد.
پرتوهاي X و را نمي توان مانند شعاعهاي نوري كانوني كرد و از اين رو ، در بسياري از موارد ، تابش هاي صادر شده از چشمه در مسيري مخروطي حركت مي كنند. برخي از شعاعهاي تابيده شده به جسم ، در آن جذب شده و گروهي ديگر پس از عبور از آن ، بر روي فيلم تصويري غير قابل رؤيت كه احتياج به ظهور دارد تشكيل خواهند داد. در حاليكه جسم داراي عيبي با ضريب جذب متفاوت با آن باشد ،ميزان تشعشع رسيده به فيلم در مسير عيب با نقاط اطراف آن كه پرتوهاي گذشته از مناطق سالم را دريافت كرده اند متفاوت بوده و بنابراين فيلم ظاهر شده ، در منطقة مربوط به عيب داراي تفاوت رنگ خواهد بود. منطقه مذكور ممكن است داراي چگالي رنگ كمتر يا بيشتر از محيط مجاور خود (بسته به نوع عيب و قابليت جذب نسبي آن ) باشد.
فيلم ظاهر شده تصويري دو بعدي از يك جسم سه بعدي مي باشد كه ممكن است از نظر اندازه و شكل ،در مقايسه با جسم ، دچار اعوجاج شده باشد. موقعيت مكاني عيب درون قطعه را با يك بار راديوگرافي نمي توان مشخص كرد، بلكه لازم است جسم از چند زاويه مختلف راديوگرافي شده و به اين طريق موقعيت عيب آن در مقايسه با ضخامت قطعه تعيين گردد.
منابع تشعشع
بخشي از بيناب امواج الكترومغناطيس پرتوهاي با بسامد بسيار بالا (طول موج كوتاه ) كه متناظر با تابش هاي X و مي باشد ، تنها بخشي از بيناب است كه مي تواند از اجسام جامد جامد و مات عبور نمايد. امواج الكترومغناطيس را مي توان به صورت يكسري كوانتايا فوتون تصور نمود كه انرژي آنها بسته به بسامد موج تغيير مي كند ، رابطه بين بسامد و انرژي فوتون طبق معادلة كوانتمي پلانك به صورت زير مي باشد:
E =h
كه E انرژي فوتون ، بسامد و h ثابت پلانك ) J.s 34- 10*625/6= h ) است. انرژي فوتونها در منطقة پرتوهاي X و ، در بيناب ،از 50 تا 6 10 يا 7 10 الكترون ولت تغيير مي كند. الكترون ولت (eV) واحد انرژي است و عبارت است از انرژي مورد نياز براي حركت دادن يك الكترون بين دو نقطه با اختلاف پتانسيل يك ولت J) 19- 10 *602/1=eV1) ،انرژي فوتونهاي با بسامدهاي مختلف نيز مشخص شده است.
پرتوهاي X و از يكديگر قابل تميز نبوده و تنها تفاوت آنها روش توليدشان است : در حاليكه پرتوهاي X از بمباران هدفي ؟؟ با الكترونهاي داراي سرعت بالا در لامپ هاي اشعة X حاصل مي شوند، پرتوهاي گاما از فرآيند واپاشي مواد راديواكتيو توليد مي شوند.
توليد اشعه X
همان طور كه در پاراگراف قبل يادآور شديم ، اشعه X از طريق بمباران سطح فلزات با پرتوهاي الكتروني با انرژي زياد توليد مي شود. اجزاء اصلي يك لامپ اشعة X عبارتند از كاتد صادر كنندة الكترون و آند كه هر دوي آنها درون لامپ كه از هوا تخليه شده است قرار مي گيرند. كاتد از يك رشته حلقوي تنگستن تشكيل شده و يك جريان الكتريكي با ولتاژ كم كه از درون آن مي گذرد ، باعث گزارش و صدور ترمويونيك الكترون از آنمي گردد. بين كاتد و آند اختلاف پتانسيل الكتريكي زيادي برقرار است كه باعث شتاب گرفتن الكترونها در فاصلة بين اين دو مي شود . اندازة اين ولتاژ معمولاً بين 50 كيلوولت و يك مگاولت مي باشد.
در مجاورت كاتد يك كلاهك يا سيم پيچ كانوني كننده قرار گرفته و به عنوان يك عدسي الكترومغناطيس ، الكترونهاي تابش شده از كاتد را به صورت پرتوي نازك بر مركز آند ميتاباند . آند از تكة كوچكي از مادة مورد نظر (معمولاً تنگستن ) كه در يك پايه (نگهدارندة ) مسي جاسازي شده تشكيل شده است. تنگستن به اين دليل مورد استفاده قرار مي گيرد كه قابليت آن براي صدور اشعه X و همچنين نقطة ذوبش بالا (3380 درجة سانتيگراد ) مي باشد و مي تواند دماي زياد حاصل از برخورد الكترونها را تحمل نمايد . قطعة مسي نگهدارندة آند بوسيلة آب و يا روغن ،كه در داخلش جريان دارد ، سرد شده و به اين طريق گرماي حاصل از برخورد الكترونها در اثر رسانايي مس منتقل شده و از صدمه ديدن آند جلوگيري مي شود.
حباب دربرگيرنده كاتد و آند از شيشه ،مواد سراميكي همچون آلومينا، فلزات و يا تركيبي از مواد ساخته مي شود. اغلب لامپهاي اشعة X امروزي سراميكي – فلزي مي باشند ،كه در هر محدوده اي از ولتاژ از لامپهاي شيشه اي – فلزي كوچكترند.
حباب تخليه شده از هوا بايد در دماهاي بالا از استحكام ساختماني خوبي برخوردار بوده و بتواند تأثيرات گرمايي مربوط به تشعشع از سطح آند و همچنين نيروهاي وارد از اتمسفر مجاور را تحمل نمايد. شكل حباب به ولتاژ لامپ و طرح كاتد و آند بستگي داشته و در هر حال بايد در مقابل آند پنجره اي وجود داشته باشد تا پرتوهاي X از لامپ خارج شوند. اين پنجره از يك مادة داراي عدد اتمي پايين ساخته مي شود تا ميزان جذب اشعة X در آن به حداقل برسد. براي اين منظور معمولاً از ورقه اي از فلز برليم كه ضخامتش 3 تا 4 ميليمتر است استفاده مي شود. اتصالات الكتريكي كاتد و آند به ديوارة حباب ، از نوع ذوب جوش مي باشد.
لامپ اشعه X ، به منظور اطمينان از ايجاد ايمني در مقابل شوك الكتريكي ولتاژ بالا در داخل يك محفظة فلزي كه كاملاً عايق شده قرار گرفته و معمولاً داراي پريز و دو شاخه اي مي باشد كه قطع سريع كابلهاي رابط بين لامپ و مولد ولتاژ بالا را امكان پذير مي سازد. تجهيزات راديوگرافي قابل حمل كه براي بازرسي پاي كار مورد استفاده قرار مي گيرند،معمولاً داراي پوستة واحدي هستند كه مولد ولتاژ بالا و لامپ اشعة X را در خود جا داده و بنابراين كابل اتصال ولتاژ قوي در فضاي بيروني مجموعه وجود ندارد.
يك جريان با ولتاژ كم ،رشتة تنگستن كاتد را گداخته و به طريق صدور ترمويونيك ،در اطراف آن ابرالكتروني ايجاد مي نمايد. هنگامي كه اختلاف پتانسيل زيادي بين كاتد و آند برقرار شود، الكترونها در خلاء بين اين دو شتاب گرفته و سطح آند را بمباران مي كنند. پرتوالكتروني بنحوي كانوني ميشود كه ناحية كوچكي از سطح آند را كه به خال كانوني موسوم است مورا اصابت قرار دهد.
بخش اعظم انرژي پرتوالكتروني در برخورد با آند به حرارت تبديل شده و بقية آن به تابش X تبديل مي گردد، هر چه خال كانوني روي هدف (آند ) كوچكتر باشد ، تصوير راديوگرافي حاصل از پرتو X دقيق تر خواهد بود. البته گرمايش بيش از حد آند امكان كوچك كردن خال كانوني را محدود مي سازد. عملاً طراحي آند به نحوي انجام مي شود كه بين دو خواستة در تقابل با هم ،يعني عمر طولاني آند و حداكثر دقت راديوگرافي ،توافق حاصل شود. در بسياري از موارد سطح آند نسبت به امتداد پرتوهاي الكتروني شيب دار بوده و الكترونها به نحوي كانوني مي شوند كه تصوير خال كانوني در امتداد عمود بر پرتوها مربعي شكل و كوچك بوده در حاليكه خال كانوني روي سطح آند دراز و باريك مي باشد.
در لامپهاي اشعة X سه متغير مهم وجود دارد كه عبارتند از جريان رشتة كاتد ، ولتاژ (اختلاف پتانسيل بين كاتد و آند ) و جريان لامپ ، تغيير جريان كاتد ،دما و بنابراين آهنگ صدور ترمويونيك الكترونها از سطح آن را تغيير مي دهد. افزايش ولتاژ لامپ نيز باعث افزايش انرژي پرتوالكتروني و افزون شدن انرژي و قدرت نفوذ اشعة X حاصل از برخورد آن به آند خواهد شد. سومين متغير ،يعني جريان لامپ ،ميزان جريان الكترونها در فاصله بين كاتد و آند است و با دماي كاتد متناسب مي باشد . به جريان لامپ ،معمولاً ميلي آمپر آن اطلاق مي شود و شدت پرتوهاي X ايجاد شده تقريباً با اين كميت متناسب مي باشد.
اين سيستم براي استفاده در آزمايشگاه اشعة X مناسب بوده و لامپ سراميكي – فلزي آن ، كه در درون حفاظش قرار گرفته ،بر پايه اي قابل تنظيم كه تعيين موقعيت مناسب لامپ نسبت به قطعة مورد آزمايش را ممكن مي سازد مستقر شده است.
بيناب اشعة X
پرتوهاي حاصل از يك مولد اشعة X داراي يك طول موج مشخص نبوده و محدوده اي از طول موجها را شامل مي شوند، دو فرآيند در توليد پرتوهاي ايكس دخالت دارد. كندش نهايي الكترونها هنگامي كه با اتمهاي آند برخورد مي كنند پرتوهاي X با طول موجهاي متفاوت توليد مي كند. اين تشعشع سفيد و يا بيناب پيوسته بسامدها به تابش ترمزي موسوم مي باشد. گذشته از اين بيناب پيوسته برخورد الكترونها با اتمهاي آند ممكن است باعث جابجايي الكترونها از يك لاية اتمي به لاية با انرژي بيشتر گردد كه هنگام برگشت اين الكترونها به لايه اصلي آنها ، انرژي ازاد شده به صورت تشعشع X با بسامد معين صادر خواهد شد. اين پديده را تحريك مي ناميم و پرتوهاي با بسامدهاي مشخصة حاصل از آن ، شدت بسيار بيشتري در مقايسه با بيناب زمينه (پيوسته ) دارند. مواد مورد استفاده براي آند معمولاً داراي بيش از يك طول موج مشخصه (تحريكي ) مي باشند ؛ ولي طول موج با بيشترين شدت تشعشع ،KA ناميده مي شود.
طول موج اين تابش مشخص براي آند تنگستن ½ نانومتر مي باشد. تشعشع حاصل از يك لامپ اشعة X داراي طول موجي حداقل (مينيمم ) مي باشد ، كه مقدار آن متناسب با عكس ولتاژ لامپ است. اين طول موج مينيمم (برحس نانومتر ) از رابطه زير بدست مي آيد:
پرتوهاي بخش با طول موج كم بيناب در راديوگرافي از بيشترين اهميت برخوردارند ،زيرا قابليت نفوذ آنها بيشتر مي باشد.
اندازة جريان لامپ بر توزيع طول موجهاي بيناب آن تأثيري ندارد ولي شدت پرتوها را تغيير مي دهد،
طول موج پرتوهاي X و پارامتر بسيار مهمي به شمار مي رود و قابليت نفوذ پرتوها در مواد ،با كاهش طول موج افزايش مي يابد. به عبارت ديگر ، تشعشع با طول موج كوتاه در مقايسه با پرتوهاي داراي طول موج بلند ،در يك مادة معين در عمق بيشتري نفذ كرده و همچنين قابليت نفوذ در مواد چگال تر را نيز دارا خواهد بود.
بنابراين اگر طول موج مينيمم اشعة X با ازدياد اختلاف پتانسيل بين آند و كاتد كاهش يابد ،قدرت نفوذ آن نيز متناسب با ازدياد ولتاژ افزايش مي يابد.
ملاحظه مي شود كه پرتوهاي حاصل از لامپ داراي ولتاژ 200 كيلوولت قابليت نفوذ 25 ميليمتر را (در فولاد ) داشته و افزايش ولتاژ تا 1000 كيلوولت (يك مگا ولت ) اين قدرت نفوذ را به حدود 125 ميليمتر مي رساند. حد بالايي ولتاژ لامپ هاي متداول اشعة X ، عملاً در حدود 1000 كيلوولت است كه انرژي فوتونهاي داراي كمترين طول موج ، در بيناب حاصل از آنها ، در حدود يك ميليون الكترون ولت مي باشد.
براي توليد پرتوهاي X با فوتونهاي داراي انرژي تا 30 ميليون الكترون ولت بايد از الكترونهاي پر انرژي كه بوسيلة ژنراتورهاي واندرگراف ،شتاب دهنده هاي خطي و يا چشمة بتاترون توليد مي شوند بهره گيري شود. قابليت نفوذ پرتوهاي X لامپهاي اشعه X و چشمه هاي داراي انرژي بالا ، در فولاد لازم به يادآوريست كه ضخامت هاي ذكر شده در جدول ، به بازرسي هاي انجام گرفته براي زمانهاي پرتودهي تا چند دقيقه و فيلمهاي با سرعت متوسط مربوط مي باشند؛ در صورتيكه بخواهيم مقاطع ضخيم تر را بازرسي كنيم ،بايد زمان آزمون را طولاني تر كرده و همچنين از فيلم با سرعت بيشتر استفاده نماييم.
چشمه هاي تشعشع گاما
پرتوهاي گاما حاصل واپاشي هستة‌اتمهاي مواد راديوآكتيو بوده و به عكس بيناب پيوستة (گستردة ) حاصل از لامپ هاي اشعة X ، تابش كننده هاي يك يا چند طول موج كه هر يك از فوتونهاي مشخص و با انرژي معين تشكيل شده ، توليد مي كنند . راديوم كه يك عنصر راديواكتيو طبيعي است، مدتها به عنوان تابش كننده در راديوگرافي مورد استفاده قرار مي گرفت ؛ ولي امروزه بيشتر از راديوايزوتوپهاي حاصل از رآكتورهاي هسته اي استفاده مي شود. ايزوتوپهايي كه معمولاً به عنوان چشمة تابش كننده در راديوگرافي مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از سزيم 137 ،كبالت 60 ، ايريديم 192 و تاليوم 170 (اعداد معرف عدد جرمي هسته هاي راديواكتيو مي باشند).
شدت تشعشع ساطع شده از يك چشمة تابش با ادامة واپاشي هسته هاي ناپايدار به طور پيوسته كاهش مي يابد، آهنگ واپاشي به طور نمايي و طبق رابطه زير نسبت به زمان كم مي شود:
كه I شدت تشعشع نخستين ،IT شدت در زمان t و K ضريبي است ثابت كه به اتم هاي متلاشي شونده بستگي دارد . يكي از ويژگيهاي مهم هر ايزوتوپ راديواكتيو نيمه عمر آن مي باشد ، اين مدت عبارت از زماني است كه شدت تشعشع به نصف ميزان اوليه آن كاهش مي يابد. بعد از دو نيمه عمر ، شدت تشعشع به 4/1 مقدار اوليه و پس از سه نيمه عمر به 8/1 آن كاهش مي يابد و الي آخر . اگر نيمه عمر T و شدت تابش در زمان T نيز It باشد ، مي توان نوشت :
بنابراين :
و يا : KT=LN2
و بالاخره
يكي ديگر از ويژگيهاي هر چشمة تابش قدرت آن است ، كه بر حسب كوري اندازه گيري مي شود ، و عبارتست از تعداد فروپاشيهاي اتمي در واحد زمان (يك ثانيه ) . قدرت چشمه نيز به طور نمايي نسبت به زمان كاهش يافته و در هر زمان مي توان آن را از رابطه زير به دست آورد:
S0e -kt= S t
شدت تشعشع كه ،معمولاً بر حسب رونتگن در ساعت و در فاصلة يك متري از چشمه اندازه گيري مي شود ،عبارتست از قدرت چشمه ( بر حسب كوري ) ضربدر ظرفيت تشعشع ( برحسب رونتگن در ساعت در فاصله يك متري بر كوري ) . اندازة ظرفيت براي هر ايزوتوپ راديواكتيو مقدار ثابتي است . يكي ديگر از ويژگيهاي چشمه هاي فعاليت ويژة آنهاست كه بر حسب كوري برگم بيان مي شود و معياري از فعاليت واحد جرم چشمة راديواكتيو است .
چشمه هاي راديوآكتيو تجارتي معمولاً ماهيت فلزي دارند،البته نمكهاي شيميايي و گازهاي جذب شده بر سطح كربن نيز ممكن است به عنوان چشمه مورد استفاده قرار گيرند. چشمة تابش كننده در حفاظ نازكي از مثلاً آلومينيوم يا فولاد زنگ نزن قرار گرفته و به اين طريق از در معرض قرار گرفتن و نشت مادة راديواكتيو و همچنين استفادة نادرست و خطرزاي آن جلوگيري مي شود. اين منبع لفاف شده ، درون محفظه اي فولادي كه داراي پوشش سربي است قرار داده مي شود. معمولاً دو نوع محفظة نگهدارنده مورد استفاده قرار مي گيرد. در يكي از اين انواع ، چشمة راديواكتيو در محل ثابتي در مركز محفظه قرار گرفته و خروج پرتوها از يك درب مخروطي كه در بدنة‌آن تعبيه شده و مي تواند كنار زده شود انجام مي گيرد. از اين نوع محفظة نگهدارنده ، برخي اوقات به عنوان دوربين راديوايزوتوپ ياد مي شود. نوع ديگر محفظة نگهدارنده ،داراي كنترل راه دور از نوع مكانيكي يا پنوماتيك مي باشد كه بازكردن درب محفظه ، خارج كردن چشمه از آن و قراردادنش روي لوله اي تلسكوپي را به عهده دارد. پس از كامل شدن زمان تابش ، مي توان چشمه را به داخل محفظه برگشت داده و درب آن را نيز بوسيلة كنترل كننده بست. اين نوع چشمه ها بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند. زيرا كنترل از راه دور به اپراتور دستگاه امكان مي دهد كه در فاصلة امن و دور از تابش اشعه قرار گيرد ؛ مزيت ديگر اين نوع منابعي تابشي اين است كه پرتوها در تمام جهات پخش شده و مي توان چشمه را در مركز يك آزمايشگاه حفاظ دار قرار داده و تعداد زيادي از قطعات ،مثلاً توليدات يك تك بار ريخته گري ،را كه دورادور آن قرار گرفته اند به طور همزمان راديوگرافي كرد.
ميراشدن تشعشع
پرتوهاي X و با اتمهاي محيطي كه از آن مي گذرند ، منجمله هوا ، برخورد كرده و تاحدي تضعيف مي شوند. در حقيقت تفاوت همين ميراشدن در محيطهاي مختلف است كه راديوگرافي را به عنوان يك روش بازرسي مورد توجه قرار داده است. (درجه آهنگ ) ميراشدن تشعشع به عوامل مختلفي از قبيل چگالي و ساختار محيط و همچنين نوع ، شدت و انرژي فوتونهاي پرتوها بستگي دارد.
شدت تشعشعي كه از يك محيط همگن مي گذرد به طور نمايي نسبت به ضخامت محيط كاهش مي يابد ،اين وابستگي را مي توان به صورت رابطة I=I0e-ut نوشت كه I شدت پرتوهاي خارج شده از محيط ،0 I شدت پرتوها در هنگام ورود به محيط ،t ضخامت محيط و پارامتري است كه به ويژگيهاي محيط بستگي داشته و به ضريب جذب خطي موسوم مي باشد. اندازه در تمام شرايط ثابت نبوده و برحسب انرژي فوتونهاي پرتو تغيير مي كند. ضريب جذب مواد برخي اوقات برحسب ضريب جذب جرمي و به صورت بيان مي گردد، كه چگالي ماده مي باشد. همچنين مي توان اين ضريب را بر حسب سطح جذب كنندة مؤثر در يك اتم تعريف كرد ،كه در اينحالت ضريب جذب اتمي يا مقطع جذب اتمي ناميده ميشود. از تقسيم ضريب جذب خطي بر تعداد اتمهاي موجود در واحد حجم حاصل مي شود و معمولاً بر حسب بارن بيان مي گردد ( يك بارن = 22-10 ميليمتر مربع است).
فوتونهاي اشعة X يا به چند طريق مي توانند با اتمهاي يك محيط وارد كنش متقابل شوند. مهمترين اين تأثيرات متقابل عبارتست از اثر فتوالكتريك ،پراكندگي ريلي ، پراكندگي كامپتون و توليد زوج در اثر فتوالكتريك فوتون در برخورد با اتم پيوند بين آن و يك الكترون مداري را مي شكند؛ اگر انرژي فوتون بيشتر از استحكام پيوند باشد مازاد آن به صورت انرژي حركتي الكترون جذب خواهد شد. اثر ياد شده براي عناصر با عدد اتمي پايين و فوتونهاي با انرژي در حد 100 كيلو الكترون ولت قابل صرفنظر مي باشد ؛ ولي هنگامي كه برخورد بين عناصر سنگين تر و فوتونهاي با انرژي تا 2 ميليون الكترون ولت صورت گيرد ،بخش اعظم جذب مربوط به اثر فتوالكتريك خواهد بود.
پراكندگي ريلي ، برخوردي ،برخوردي است كه تنها فوتون را از مسير اوليه منحرف ساخته و با كاهش انرژي فوتون و صدور الكترون همراه نمي باشد. هر چه انرژي فوتونهاي برخورد كننده بيشتر باشد، زاويه انحراف كوچكتر خواهد بود. در پراكندگي كامپتون فوتون تابنده بخشي از انرژي خود را صرف كندن يكي از الكترونهاي اتم از مدارش كرده و خود آن نيز تحت يك زاوية انحراف (پخش ) و با انرژي كمتر (طول موج بيشتر ) نسبت به قبل از برخورد به راهش ادامه خواهد داد؛ طول موج ثانوية بزرگتر ممكن است در منطقة قابل رؤيت بيناب الكترومغناطيس قرار گيرد. بالاخره توليد زوج در حالي اتفاق مي افتد كه انرژي فوتون هاي تابنده از يك ميليون الكترون ولت تجاوز نمايد؛ در اين فرآيند هرفوتون جذب شده دو فوتون با انرژي كمتر ايجاد مي كند.
جذب كلي عبارتست از مجموع جذب ناشي از پخش (پراكندگي ) در اثر وقع چهارفرآيند بالا . در اين پديده ها هر فوتوني كه پراكنده شود ، ولو اينكه زاوية انحراف آن كوچك هم باشد ، به عنوان يك فوتون جذب شده به حساب آمده و از همين رو پخش مذكور به جذب پرتو باريك موسوم مي باشد. در عمل و براي جذب پرتو پهن ،فوتونهايي كه در زاويه هاي كوچك منحرف مي شوند حذف نشده بلكه معمولاً بر شدت پرتوهاي مستهلك شونده مي افزايند. به عبارت ديگر ،ضريب جذب پرتو پهن هر ماده كوچكتر از همين پارامتر براي جذب پرتو باريك مي باشد.
در محاسبة‌نظري ضريب جذب فرض مي شود كه پرتوها تك فام بوده و به بيان ديگر ،فوتونها داراي انرژي و بنابراين طول موج مساوي باشند. در حاليكه هر لامپ اشعة X عملاً بيناب پيوسته اي (گسترده اي ) توليد كرده و بنابراين ، ضريب جذب مؤثر مواد برحسب گسترة انرژي فوتونهاي موجود در پرتوهاي تابنده اصلاح مي گردد. در محاسبة زمان تابش دهي ،معمولاً از ضرايب جذب تجربي استفاده مي شود.
با توجه به بحث بالا ، پرتوهاي خارج شده از مادة مورد بازرسي شامل شعاعهاي مستقيم ولي نسبتاً مستهلك شده و همچنين شعاعهاي پراكنده شده مي باشد. نسبت شدت تشعشع پراكنده شده به شدت پرتوهاي مستقيم ، به ضريب پراكندگي موسوم است. شعاعهاي منحرف شده در نمايان ساختن جزئيات نمونه مورد آزمايش سهمي نداشته و بر عكس ،از طريق كاهش كنتراست فيلم از كيفيت تصوير كاسته و مانع از ظاهر شدن جزئيات نمونه بر روي فيلم راديوگرافي مي شوند. ضريب پخش با افزايش ضخامت قطعه بيشتر شده ولي با ازدياد ولتاژ لامپ اشعة X كاهش مي يابد، زيرا ميزان پخش فوتونهاي پر انرژي متناظر با ولتاژ بالا از پخش فوتونهاي كم انرژي كمتر مي باشد.
بنابراين به منظور دستيابي به كنراست و دقت بيشتر ،بهتر است از پرتوهاي با طول موج كوتاه يا انرژي بالا (پرتوهاي X سخت ) استفاده شود.
