Publikacje naukowe

1. Wstęp

Podstawowe problemy badań radiograficznych wynikają z:

1. szkodliwości promieniowania jonizującego,
2. dość pracochłonnego i kosztownego oraz trudnego do zautomatyzowania,
3. systemu obrazowania wyników badań na błonie,
4. konieczności dostępu do obu stron badanego obiektu.

Problematyką wspólną dla wszystkich metod nieniszczących jest sprawa czułości i wiarygodności badań, prawdopodobieństwo wykrycia wad i niepewność związana z ich pomiarami.

Mając na względzie współczesne problemy radiografii, omówiono kolejno: zabezpieczenia, źródła i detektory, radiograficzne symulacje i analizę niepewności pomiarów radiograficznych.

2. Zabezpieczenia

Mimo, że radiografia jest jedną z najstarszych metod badań nieniszczących i cieszy się wysokim, jak na atomistykę, poziomem akceptacji społecznej dzięki, przede wszystkim, powszechnemu stosowaniu w diagnostyce medycznej, to problemy związane z ochroną przed promieniowaniem coraz częściej ograniczają jej stosowanie w przemyśle.

Obecność promieniowania szkodliwego powoduje:

1. powiększenie kosztów samych badań (konieczność wytyczania i nadzoru nad strefami ograniczonego przebywania personelu, budowa osłon, konieczność stosowania specyficznych procedur administracyjnych związanych z użytkowaniem źródeł promieniowania, itp.),
2. straty wynikłe z zakłócania a nawet z konieczności zarządzania przerw w pracy ekip wytwarzania, eksploatacji i remontów badanych obiektów. Często badania radiograficzne wykonywane mogą być tylko nocą.

Wiadomo z różnych innych dziedzin, że ograniczanie zagrożeń i zakłóceń środowiska najbardziej skuteczne jest u źródła tych zagrożeń (np. zanieczyszczeń, hałasu). Odnosi się to również do promieniowania.

Opracowanie elastycznych, silnie osłabiających materiałów osłonowych z tworzyw sztucznych z wypełniaczem w postaci ziaren a właściwie pyłu wolframowego, znacznie upraszcza formowanie osłon tuż przy źródle promieniowania - pojemniku roboczym (lampie rentgenowskiej). To co dawniej robiono przy pomocy blach ołowianych jest obecni dużo łatwiejsze, gdyż przycinanie i wyginanie "plastrów" z nowego materiału osłonowego o grubości kilku lub kilkunastu milimetrów jest dużo łatwiejsze i dużo łatwiej jest ukształtować osłony bez niepożądanych szczelin. Nawet przewód wysuwu źródła promieniowania można otulić warstwą materiału osłonowego, elastycznego i łatwo mocowanego do węża taśmą samoprzylepną.

Współczynnik osłabienia materiału zbudowanego z niesłychanie drobnej dyspersji ciężkiego absorbenta w lekkiej matrycy jest lepszy niż by to wynikało jedynie z gęstości powierzchniowej osłony. Mimo pewnych informacji uzyskanych w czasie kontaktów ze specjalistami z Ukrainy i Wielkiej Brytanii, oraz publikacji [1,2], autorowi nie udało się dotrzeć do wiarygodnego opisu mechanizmu oddziaływania fotonów X i gamma z tego typu materiałem, do danych dotyczących grubości czynnej i współczynnika wzmocnienia (build-up) oraz liniowego współczynnika osłabienia (m) w funkcji energii promieniowania. Brak danych porównawczych dot. ciężaru osłon wykonanych z opatentowanego w Wielkiej Brytanii kompozytu "Gammablock" w stosunku do tradycyjnych materiałów (Pb, U, W).

Elastyczne, wysokowydajne osłony, w połączeniu ze źródłami o niższej energii niż ¹⁹²Ir, pozwalają zmniejszyć promień strefy ograniczonego przebywania (7,5 mSv/h) do 2-3 metrów i uzyskać tym sposobem znaczące oszczędności podczas konstrukcji i remontów zagęszczonych instalacji przemysłowych, takich jak energetyczne, petrochemiczne czy platformy off-shore. Według autorów tych prac, radiografia wykonywana może być praktycznie bez zakłóceń dla sąsiadujących prac montażowych i remontowych, zwłaszcza, gdy pracuje się wiązką skolimowaną bez wysuwu źródła z pojemnika roboczego. Według danych firmy SafeRad Ltd z Wielkiej Brytanii, warstwa półchłonna tego materiału wynosi dla źródeł ¹⁷⁵Se 6 mm (dla Pb 2,2 mm). Dostarczane są arkusze standardowe o wymiarach 350 x 750 mm i grubości 8 i 16 mm.

Skuteczne osłony źródła promieniowania są wykonywane również ze starannie dopasowanych kształtek ołowianych [3], ale ciężar takich osłon wydaje się być większy od wykonanych z materiałów elastycznych. W obu przypadkach jednak oferowane są obecnie "bezpieczne" badania radiograficzne, z gwarancją, że promień strefy kontrolowanej nie przekroczy kilka metrów. Postęp w zabezpieczeniach przed promieniowaniem pozwala uporać się z zasadniczym problemem badań radiograficznych, to jest z zagrożeniem otoczenia promieniowaniem.

Rys. 1. System osłon przy badaniu radiograficznym rur (“LORA” – RTD Holandia)

3. Źródła promieniowania


⁷⁵Se, po kilkuletniej promocji, nie pozbawionej dramatycznej dyskusji na temat temperatury topienia i wrzenia selenu, źródło to wydaje się być następcą powszechnie stosowanego ¹⁹²Ir, w każdym razie w zakresie grubości 5-20 mm, ze względu na:

1. niższą od irydu energię promieniowania a więc lepszą przydatność do badań stali w zakresie 5-20 mm, obejmującym znakomitą większość wyrobów spawanych (rurociągi, zbiorniki, statki, konstrukcje metalowe itd.),
2. znacznie dłuższy od irydu okres półrozpadu (120 dni, praktycznie jedna wymiana źródła w roku).

Rys. 2. Zakresy zastosowania ⁷⁵Se do badań centrycznych rur w miejscu techniki RX – przez dwie ścianki

Współczesne problemy związane ze stosowaniem źródeł ⁷⁵Se polegają na ograniczonej jeszcze ofercie tych źródeł i stosunkowo wysokiej ich cenie oraz na opóźnieniach we wprowadzeniu selenu do niektórych ważnych przepisów i specyfikacji technicznych.

Rozpowszechnienie selenu stało się możliwe po udostępnieniu instalacji jądrowych w byłym Związku Radzieckim (wirówki do wzbogacania selenu, wysoko strumieniowe reaktory ) firmom niemieckim i innym, co zaowocowało ofertą źródeł o silnym wzbogaceniu i aktywności właściwej rzędu dziesiątków terabekereli na gram (3,7 TBq z kształtki 3x3 mm).

Zwiększająca się ostatnio ilość dostawców źródeł selenowych może spowodować obniżenie ich ceny, bardzo oczekiwane przez radiologów [4].

W kraju źródła selenu zaczynają być stosowane w energetyce i do zmechanizowanej kontroli rurociągów samojezdnymi czołgaczami. W zakresie grubości ok. 10 mm jakość radiogramów jest wyraźnie lepsza od irydowych. Wprowadzanie ⁷⁵Se do przemysłu bardzo ułatwiło umieszczenie go w normie europejskiej PN-EN 1435.

Polski dystrybutor źródeł selenowych i odpowiedniej aparatury jest bardzo pomocny w transferze tej nowej techniki badania na rynek krajowy. Nie można, jak na razie, oczekiwać krajowej produkcie tych źródeł gdyż liczący się niegdyś w Europie potencjał ośrodka jądrowego w Świerku (mowa o źródłach ¹⁶⁹Yb, ¹⁵³Gd i ¹⁹²Ir) wyraźnie osłabł.

Gadolin 153, niegdyś intensywnie promowany przez instytut w Świerku, zaczyna się pojawiać w przenośnych, lekkich systemach do badań radiograficznych w czasie rzeczywistym, np. korozji izolowanych rurociągów techniką tangensową . Ze względu na niską energię ¹⁵³Gd i starannie wykonane osłony, urządzenie jest operowane ręcznie; strefa zagrożenia jest znikoma.

Warto tu przypomnieć, że już 25 lat temu autor demonstrował badane rur źródłem ¹⁶⁹Yb przy zachowaniu promienia strefy kontrolowanej ok. 3 m.

Miniaturowe aparaty rentgenowski o niskiej energii rzędu 50-70 KeV stosowane są zamiennie ze źródłami ¹⁶⁹Yb, ⁷⁵Se, np. w radioskopach operowanych ręcznie nie stwarzających zagrożenia dla otoczenia.

Rys. 3. Przenośny radioskop z miniaturową lampą rentgenowską (RTD – Holandia)

Impulsowe aparaty rentgenowskie są coraz lżejsze, zasilane z akumulatorów, generatorów spalinowych lub z sieci, emitują promieniowanie o dużym natężeniu w formie krótkich "błysków" promieniowania X. Są wykorzystywane m.in. w czołgaczach radiograficznych do kontroli rurociągów od środka. Odporne są na wysokie temperatury panujące w rurociągach budowanych na terenach pustynnych i w tropiku.

Zminiaturyzowane przyspieszacze liniowe do radiografii wysokoenergetycznej, powyżej 1 MeV, ze względu na wysoką wydajność promieniowania umożliwiają wykonywanie badań diagnostycznych nawet w środowisku o wysokim tle promieniowania gamma (siłownie jądrowe) gdyż zapewniają wystarczająco wysoki stosunek sygnału do szumów.

Źródła do badań w czasie rzeczywistym były niegdyś wyłącznie rentgenowskie ze względu na ograniczone możliwości przetworników obrazu. Obecnie, w wyniku rozwoju niskoenergetycznych źródeł izotopowych oraz udoskonalenia przetworników i obróbki cyfrowej obrazu, coraz częściej budowane są systemy gamma radiografii cyfrowej (¹⁵³Gd, ¹⁶⁹Yb, ⁷⁵Se, ¹⁹²Ir) oraz z wykorzystaniem wysokoenergetycznych generatorów promieniowania X.

Promieniowanie rozproszone, komptonowskie i koherentne, mimo wielu zalet takich jak możliwość budowy systemów radiografii komptonowskiej - jednostronnej (źródło i detektor po tej samej stronie badanego obiektu) oraz rozróżniania materiałów o podobnym współczynniku osłabiania promieniowania (m), stosowane jest stosunkowo rzadko i rozwój w tej dziedzinie ograniczony jest do specjalnych zastosowań jak np. badanie lekkich stopów i tworzyw sztucznych, wykrywanie narkotyków i materiałów wybuchowych, rozproszeniowy pomiar grubości ścianki, pomiar naprężeń promieniowaniem X (na powierzchni) i neutronowym (na przekroju próbki).

Promieniowanie kosmiczne po studyjnych zastosowaniach do radiografii piramid i budowli podziemnych (metro tokijskie) nie stanowi obecnie przedmiotu systematycznych badań radiograficznych.

Promieniowanie anihilacji pozwala uzyskiwać obiecujące rezultaty w badaniach pełzania materiałów ale wydaje się być marginalną dziedziną we współczesnej problematyce badań radiacyjnych.

Promieniowanie pozytronowe pozwalające uzyskiwać wysoki kontrast i czułość badań radiograficznych w określonych warstwach badanego materiału nie pojawia się we współczesnych publikacjach w dziedzinie radiografii. Zresztą źródła promieniowania pozytronowego dostępne są tylko w specjalistycznych ośrodkach.

Źródła do mikro radiografii w postaci mało ogniskowych aparatów rentgenowskich, mimo szybkiego rozwoju zastosowań mikro radiografii, są nadal drogie i stosowane coraz częściej w systemach radiografii cyfrowej w czasie rzeczywistym (np. do kontroli łopatek turbin energetycznych i lotniczych oraz w przemyśle elektronicznym, zbrojeniowym i kosmicznym).

Źródła neutronowe w postaci elektronicznych generatorów neutronów wyposażonych w układy spowalniania i kolimacji wiązki neutronów termicznych stały się stosunkowo łatwo dostępne i sprawiły, że neutronografia na skalę przemysłową nie ogranicza się obecnie do wykorzystywania stanowisk instalowanych przy reaktorach jądrowych, ale stosuje się przewoźne urządzenia neutronograficzne wykorzystywane w przemyśle rakietowym (badanie paliwa stałego), diagnostyce korozji samolotów, zawartości i degradacji pojemników z odpadami radioaktywnymi (tomografia neutronowa) i inne. Izotopowe źródła neutronów, z których jedynie ²⁵²Cf posiada wydajność wystarczająco wysoką do prowadzenia badań radiograficznych, stosowane są tylko sporadycznie, ze względu na bardzo wysoką cenę.

Gazowe źródła promieniowania gamma (np. ⁸⁵Kr, CH₃Br⁸²) są nadal wykorzystywane w badaniach radio-penetracyjnych i szczelności. Ze względu jednak na niski poziom społecznej akceptacji zastosowań źródeł otwartych, problematyka ta dotyczy jedynie zastosowań specjalnych. Trzeba jednak podkreślić, że przy lokalizacji złożonych nieszczelności oraz super czułych badaniach penetracyjnych, źródła te pozwalają uzyskać wyniki trudne do osiągnięcia innymi metodami badań nieniszczących.

Źródła ^xB (klatratowe) oparte również na gazowym ⁸⁵Kr mimo obiecujących wyników badań metodycznych i pierwszych zastosowań nie wydają się być przedmiotem współczesnych badań czy też zainteresowania przemysłu.

Źródła powierzchniowe stosowane do cyfrowej "radiografii odwrotnej" (duże źródło - mały detektor odcinający promieniowanie rozproszone) mimo obiecujących rezultatów w postaci prawie całkowitego wyeliminowania promieniowania komptonowskiego, dalej pozostają na marginesie problematyki radiograficznej.

Źródła autoradiograficzne-metryczne. Są nimi same przedmioty badane, aktywowane w reaktorach i przy pomocy przyspieszaczy (synchrotrony) lub posiadające domieszki (implanty) promieniotwórcze, naturalne (rudy, minerały) lub sztuczne. Mogą to być np. próbki do badania segregacji i dyfuzji, aktywowane w reaktorze stare obrazy (do badania falsyfikatów) i inne. Poza rozwojem techniki aktywacji cienkich warstw do badań trybologicznych oraz monitorowania korozji i zużycia części maszyn i instalacji przemysłowych, problematyki tej nie można zaliczyć do głównego nurtu badań radiograficznych.

Pewnego rodzaju źródłami autoradiograficznymi są folie dysprozu, indu, złota czy gadolinu stosowane jako przetworniki n›y w neutronografii. Problemem jest dostępność tych materiałów ale brak doniesień o wydajnych i łatwo dostępnych materiałach przetwornikowych.

Źródła izotopowe niskoenergetyczne - tak nazwano tutaj źródła izotopowe o energii poniżej 100 keV - t.j.: ¹⁷⁰Tm (tul-170), ¹²⁵I, ²⁴¹Am (ameryk-241). Tul stosowany jest od dawna, jednak niska aktywność właściwa i wydajność tych źródeł nie rokuje gwałtownego rozwoju zastosowań tulu. Ameryk wytwarzany z produktów rozszczepienia jest bardzo dobrym źródłem radiograficznym dla grubości stali rzędu 0,2 - 2mm ale też "cierpi" na niską aktywność właściwą. Jod, o bardzo małych wymiarach, był stosowany do badania cienkich wyrobów metalowych i z tworzyw, o utrudnionym dostępie do badania, przy czym część aktywna źródła znajdowała się na końcu drucika wsuwanego w miejsca trudnodostępne. Brak jednak doniesień o szerszych zastosowaniach tego źródła.

4. Detektory

Błony radiograficzne oferowane są w coraz szerszym asortymencie, przeznaczone do stosowania z tradycyjnymi okładkami metalowymi, fluorometalicznymi oraz w nowych systemach błona – okładka – wywoływanie. Błony radiograficzne osiągnęły już bardzo wysoką rozdzielczość i znaczącego postępu tutaj się nie notuje. Znaczną poprawę wydajności procesu radiograficznego na błonie uzyskano dzięki zmechanizowanej obróbce (wywoływaniu) błon. Wprawdzie związane jest to z reguły z podwyższeniem temperatury wywoływania, a to sprzyja rozwojowi ziaren emulsji i pogorszeniu rozdzielczości, ale obecnie nie występują już ograniczenia w stosowaniu automatycznego wywoływania, jak niegdyś w przemyśle jądrowym.

Warto wspomnieć o tomografii na błonie, bardzo przydatnej w warunkach badań terenowych. Radiogramy tego samego przedmiotu (spoiny) wykonywane są w różnych układach geometrycznych a cyfrowy wynik badania uzyskuje się drogą komputerowej rekonstrukcji wykrytych na radiogramie wad. W terenie wykonuje się kilka radiogramów w ściśle określonych warunkach geometrycznych, cała reszta dzieje się w laboratorium.

Emulsje zdzieralne stosowane są od lat w autoradiografii, a ostatnio w badaniach radio-penetracyjnych. W przypadku tych ostatnich istotną zaletą tego detektora jest łatwość podwyższania czułości badań penetracyjnych poprzez wydłużanie czasu ekspozycji emulsji, t.zn. czasu pozostawienia emulsji na badanym przedmiocie (np. łopatce turbiny, precyzyjnym odlewie itp.). Efekt o podobnym charakterze występuje z resztą przy zastosowaniu jako detektora zwykłych błon.

Detektory do radiografii natychmiastowej (instant). Radiografia na papierze nie zyskała większej popularności, choć autor z własnych doświadczeń uważa tę technikę za wielce użyteczną. Trudno wytłumaczyć dlaczego zastosowanie papieru radiograficznego ogranicza się właściwie tylko do szkolenia spawaczy, poza może jedną próbą (zresztą pozytywną) przeprowadzoną przed laty w Gaz de France.

Materiały termo obrabialne lub wywoływane w styku z powietrzem również nie stały się przedmiotem poważnych prac porównawczych i walidacji.

Płyty selenowe, fosforowe, krzemowe – radiografia cyfrowa. We współczesnej problematyce radiograficznej, cyfrowa obróbka obrazu uzyskiwanego w czasie rzeczywistym zajmuje naczelne miejsce. Przyczyny są oczywiste: technika cyfrowa w czasie rzeczywistym pozwala rozprawić się z dwoma zasadniczymi problemami radiografii wspomnianymi na wstępie - przyspieszyć i zautomatyzować proces badania i uniknąć kosztownej błony jako detektora. Pozwala również obrabiać elektroniczne obraz radiograficzny i podwyższać tą drogą wykrywalność wad oraz zmniejszać niepewność pomiaru radiograficznego oraz archiwizować komputerowo wyniki badań. Trzeba jednak pamiętać, że najlepsze systemy radioskopii cyfrowej zbliżają się (wg. niektórych doniesień nawet przewyższają) standardową radiografię na błonie. Badania radiograficzne o podwyższonej czułości na błonach drobnoziarnistych, posiadają wciąż jeszcze wyższą rozdzielczość i wykrywalność szczegółów.

Rys. 4. Porównanie wykrywalności uzyskiwanej na błonie I techniką radiografii cyfrowej w systemie ADR – DPS AGFA

Radioskopia cyfrowa rozwijana jest na bazie mikro detektorów scyntylacyjnych z fotodiodami oraz płyt detekcyjnych z materiałów w stanie bezpostaciowym (amorficznym). W pierwszym przypadku fotony promieniowania X lub gamma przetwarzane są w impulsy świetlne (scyntylacje) a następnie zamieniane w impulsy elektryczne, wzmacniane i przetwarzane w obraz cyfrowy. Poszczególne piksele takiego obrazu odpowiadają pojedynczemu mikro detektorowi z fotodiodą. Wymiary tych detektorów są zazwyczaj rzędu 0,1 mm. Kofigurowane one są w formie detektorów liniowych lub powierzchniowych. W drugim przypadku odpada konieczność transformacji promieniowania jonizującego w światło. Fotony wywołują sygnały elektryczne zbierane przez układ tranzystorowy. Poniżej przedstawiono opis obu systemów radioskopii cyfrowej zaczerpnięte z literatury.

W pierwszym z opisywanych systemów [5], zastosowano liniowy detektor o wysokiej rozdzielczości równej 50mm, przy 2048 pikseli w linii. Źródłem promieniowania jest aparat rentgenowski 225 kV obracany wraz detektorem wokół rury i rejestrujący, linia po linii, obraz spoiny. Każda strefa (linia) badana jest przy prostopadłym ułożeniu źródła wobec detektora; nie występuje więc rzutowanie ukośne jak przy radiografii na błonie. Wiązka promieniowania i detektor są ściśle skolimowane / osłonięte, co zmniejsza wpływ promieniowania rozproszonego. System ten, według jego autorów, pozwolił osiągnąć jakość obrazu podobną jak przy użyciu błony. Stosowane było również skanowanie pod różnymi kątami (m.in. równolegle do ścianki rowka) co znacznie podwyższyło POD nieciągłości płaskich, takich jak pęknięcia i przyklejenia (braki wtopu). Zastosowanie algorytmów "tomosyntezy" i "tomografi płaszczyznowej", znacznie wzbogaciło możliwości interpretacji obrazu.

Rys. 5. Systemy radioskopowe do kontroli spoin obwodowych rur: (a) system do badań przez dwie ścianki (pod wodą) z detektorem płaskim, (b) system do badań przez jedną ściankę (źródło promieniowania X w środku rury) z detektorem płaskim, (c) system do badania przez dwie ścianki z detektorem liniowym

Radiografią "bezpośrednią" został nazwany drugi system [6], w którym zastosowano detektor w postaci warstwy bezpostaciowego selenu, przetwarzającego fotony X w ładunki elektryczne, które mogą być zbierane i rejestrowane przez układ tranzystorowy w formie cienkiej warstwy amorficznego krzemu. Nazwa "bezpośrednia" radiografia wynika z faktu, że pomijany jest etap przetwarzania promieni X w światło i dopiero po tym w sygnał elektryczny. Dzięki ominięciu pośredniej transformacji świetlnej, uzyskano bardzo wysoką, zbliżoną do błony funkcję przekazu modulacji i czułość kontrastową. Warstwa bezpostaciowego selenu o wymiarach 14"x17" (ok. 355 x 430 mm) zawiera 7,9 milionów pikseli o wymiarze 139 mikronów. Podano charakterystykę jakości obrazu "bezpośredniego" i porównanie z detektorami "pośrednimi" i błoną radiograficzną. Nowy detektor pozwala osiągnąć jakość obrazu porównywalną z błoną, od której jest znacznie szybszy.

W obu przypadkach obrazy są rejestrowane na CD-ROM i dzięki temu mogą być łatwo archiwizowane, drukowane na drukarkach o wysokiej rozdzielczości i przesyłane elektronicznie.

5. Symulacje – radiografia wirtualna

Mówiąc o radiografii wirtualnej, autor miał na myśli wszelkiego rodzaju komputerowe modelowanie i symulację procesu radiograficznego lub jego elementów, używane przy opracowaniu i sprawdzaniu technologii badań i systemów radiograficznych. Dobre programy symulacyjne pozawalają skrócić cykl badań metodycznych i poważnie zmniejszyć jego koszty. Są doskonałym narzędziem przy szkoleniu personelu.

Oprogramowanie SINDBAD [7] służy do symulacji całego procesu radiograficznego. Wykorzystywane jest przy projektowaniu systemów NDT i przy szacunkach wykrywalności określonych nieciągłości. Biorąc pod uwagę, że rozdzielczość metody radiograficznej jest podstawowym czynnikiem przy szacowaniu wykrywalności wad, opracowano moduł symulujący nieostrość obrazu oparty na funkcji przeniesienia modulacji (MFL - Modulation Transfer Function). Układ symulacyjny był utworzony z modeli MFL opracowanych dla poszczególnych elementów systemu radiograficznego, takich jak źródło promieniowania X i detektor. Syntetyczny obraz radiograficzny otrzymywany jest stosując splot funkcji MFL. Oprogramowanie podlegało walidacji droga predykcji wyników badań prostych przedmiotów i porównania z wynikami badań rzeczywistych. Korelacja była zadawalająca.

Oprogramowanie nazwane "Moderato", symulujące cały proces radiograficzny, opracowano dla konsorcjum francuskiego EDF [8], celem dostarczenia obiektywnych dowodów poprawności i skuteczności okresowych badań radiograficznych integralności rurociągów siłowni jądrowych wykonywanych źródłami ¹⁹²Ir i ⁶⁰Co. Nieciągłości odlewanych kolan i spoin są opisywane w systemie CAD, detektorem jest błona z okładkami wzmacniającymi. Model obliczeniowy jest mikroskopowy i opiera się na symulacji metodą Monte-Carlo, tak więc analizuje zachowanie się każdego fotonu po kolei. Podczas ewaluacji można obserwować rozmycie obrazu wynikające z rozpraszania fotonów w badanym przedmiocie, mierzone następnie na radiogramach próbnych. Otrzymane obrazy komputerowe są poprawne i wykorzystywane są do dalszej obróbki wyników badań i trójwymiarowej rekonstrukcji 3D.

Określanie maksymalnych rozmiarów strefy badanej w przedmiotach o skomplikowanym kształcie (np. odlewy), z zachowaniem na krańcach strefy akceptowalnego poziomu wykrywalności, jest przedmiotem oprogramowania symulacyjnego umożliwiającego predykcję prawdopodobieństwa wykrycia określonych nieciągłości w odpowiednim miejscu przedmiotu badanego[9]. Odpowiednie algorytmy umożliwiają utworzenie struktury ziarnistej 3D i umieszczanie w niej, w odpowiednim miejscu, defektów o określonej wielkości i morfologii. Dla każdej nieciągłości generowany jest obraz i określany jego kontrast. Skomplikowane, rzeczywiste kształty badanych obiektów (odlewy) utrudniają stosowanie symulacji ze względu na ograniczoną pamięć komputerów, zarówno RAM jak i kart graficznych. Z tego względu opracowano procedurę umożliwiającą zagęszczanie siatki ziaren tylko w wybranych strefach symulowanego obiektu. Program generuje trójwymiarową mapę POD, dla wybranego lub kilku kierunków badania.

6. Niepewność pomiarów radiograficznych

Informacje na temat prawdopodobieństwa wykrycia nieciągłości (POD) i związanej z tym wiarygodności badań radiograficznych (PW) różnią się w dość szerokim zakresie w zależności od rodzaju nieciągłości i innych czynników branych pod uwagę przy określaniu tych wartości. POD i PW uzyskiwane w badaniach radiograficznych jest, ogólnie rzecz biorąc, wyższa niż przy innych, RĘCZNYCH badaniach nieniszczących i niższa od zmechanizowanych badań ultradźwiękowych. POD i wiarygodność badań radiograficznych ocenia się zwykle na poziomie odpowiednio 0,6-0,7 (POD) i 0,55-0,6 (PW).

Przewodnik ISO [10] podaje następującą definicję pojęcia "niepewność": parametr towarzyszący wynikowi pomiaru, charakteryzujący rozkład wartości, które mogą być w rozsądny sposób przypisane mierzonej wielkości fizycznej.

1. Parametrem tym może być na przykład odchyłka standardowa (lub podana jej wielokrotność) lub poziom ufności odpowiadający połowie szerokości pewnego przebiegu (interval).
2. Niepewność pomiaru zawiera zwykle wiele składowych. Niektóre z tych składowych mogą być oszacowane z rozkładu statystycznego serii wyników pomiaru i mogą być określone przez doświadczalną odchyłkę standardową. Inne składowe, które także mogą być określone przez odchyłkę standardową, są szacowane w oparciu o przypuszczalne rozkłady prawdopodobieństwa wynikające z doświadczenia lub innych informacji.
3. Przyjmuje się, że wynik pomiaru jest najlepszą formą oceny wartości mierzonej i że wszystkie składowe niepewności, włączywszy w to składowe powstałe na skutek zjawisk systematycznych związanych z korekcją i wzorcami odniesienia, wpływają na rozkład (rozrzut) wyników badań.

Niepewność wyników pomiaru jest nieodłącznym elementem każdego procesu pomiarowego. Przewodnik ISO 25 (1990), normy ISO dotyczące laboratoriów badawczych i wzorcowania, zawierają wymagania określania stopnia niepewności każdego pomiaru celem dostarczenia dodatkowych informacji o wielkości mierzonej i jakości pomiaru.

O ile metody obliczania niepewności pomiarów ilościowych, takich jak pomiar długości, temperatury i innych, są dobrze rozumiane, to nie dotyczy to oceny wyników takich badań jak radiograficzne i innych badań nieniszczących.

W procesie oceny jakości wyrobu na podstawie radiogramów, tylko w przypadku wystąpienia niedopuszczalnych wskazań ze względu na swój charakter (np. pęknięcie, luźna część lub brak części) nie występuje konieczność dokonywania pomiarów. W innych przypadkach pomiary są dokonywane w następującym zakresie:

• określenie rodzaju nieciągłości i jej kształtu (np. pomiar czy pęcherz jest podłużny czy sferoidalny),
• lokalizacji (pomiary rzutowania na błonę, zwłaszcza w radiografii 3D),
• dystrybucji (odległości wskazań między sobą),
• wielkości (pomiar szerokości i długości wskazań, głębokości wskazań),
• nasilenia (sumowanie wymiarów geometrycznych wskazań, porównanie z polem lub odcinkiem odniesienia).

Ocenia się nieciągłości zarówno ze względu na ich obecność jak i wymiary, celem podjęcia decyzji o zaakceptowaniu lub odrzucenia wyrobu. Należy więc określić niepewność pomiaru nieciągłości.

Niektóre parametry kontroli są szczególnie ważne przy wykonywaniu pomiarów wad (np.: charakterystyka aparatury, intensywność oświetlenia matówki negatoskopu, rodzaj błony, energia promieniowania itp.). Są one przyczyną powstawania niepewności pomiarów, tak więc również niepewności decyzji o zaakceptowaniu lub odrzuceniu wyrobu.

Pomiar jest oceną rzeczywistej i nieznanej nieciągłości, tak więc jeśli nie jest podana niepewność pomiaru, podejmujący decyzję nie będzie wiedział jak bliska jest jego ocena do realnego wymiaru nieciągłości.

Jakość radiogramu, tak jak opisują ją normy radiograficzne, jest podana w formie czułości badania, t.j. najmniejszej wykrywanej nieciągłości o określonym, szczególnym kształcie, takim jak otwór lub drucik wzorca jakości obrazu radiograficznego (IQI). Odpowiedni odczyt IQI powinien być dokonany (wykrywalność pręcików lub otworków wzorca) jako dowód wystarczającej jakości obrazu, lecz nie zaspakaja to potrzeb związanych z oceną rzeczywistych wymiarów anomalii.

Przewodnik ISO-25 (1990) zawiera wymagania, by laboratoria badań i wzorcowania podawały swoje wyniki łącznie z wartością niepewności pomiarów. Niektóre pionierskie badania w tym zakresie zostały wykonane w dziedzinie niepewności pomiarów w badaniach ultradźwiękowych [11] i radiograficznych [12].

W wyniku tych badań powstały wzory do obliczania łącznej niepewności standardowej. Analizowano każdy parametr badania oddzielnie a następnie rozpatrzono je wspólnie. Niektóre z tych parametrów były analizowane eksperymentalnie inne zaś w oparciu o teorię.

Nie wchodząc w szczegóły omawianych prac, podano poniżej przykład obliczenia niepewności dla podanych poniżej parametrów badania:

• Wartość zmierzona: 5 mm
• Metoda pomiaru: przymiar (linijka)
• Energia promieniowania: 200 kV
• Gęstość błony D: 2,0
• Jaskrawość ekranu negatoskopu: 60.000 lux
• Wymiar ogniska: 4 mm
• Odległość źródło – błona: 200 mm
• Odległość wada – błona: 20 mm
• Typ błony: Agfa Gevaert D7
• Czułość kontrastowa: 0,005 D
• Oświetlenie otoczenia: 10 lux
• Rozproszenie wsteczne: 50 mm betonu poza próbką

Wyniki obliczeń:

• Obliczony systematyczny błąd ES = 0,94 mm
• Obliczony błąd losowy Eg = 0,497 mm

Najlepsze oszacowanie (z poprawką na powiększenie):

• pomiędzy 4,06 a 1,038 (96%, 30 df) gdzie: df-diversity factor (wsp. niejednoczesności)

Z wieloletnich doświadczeń autora wynika, że pomiary radiograficzne trudno jest prowadzić z dokładnością większą niż 0,5 mm. Wyniki przytoczonych tu analiz niepewności wydają się potwierdzać te obserwacje praktyczne.

Rys. 6. Źródła niepewności w radiografii

---

Literatura

[1] Publikacja rosyjsko-ukraińska o specjalnych właściwościach tworzyw z wypełniaczami zauważonych przy badaniu wielowarstwowych zbiorników lotniczych, ICNDT, Sao Paulo

[2] Malcom Wass - Ekrany z materiału Gamma Blok to nowa możliwość skutecznej ochrony radiologicznej, Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych, Popów 1999

[3] Materiały firmy RTD, Holandia

[4] M. Dobrowolski - Własności radiograficzne źródła Se-75, Krajowa Konferencja Badań Radiograficznych, Popów 1999

[5] U. Ewert, B. Redmer, J. Muller - Mechanized weld inspection for detection of planar defects and depth measurement by tomosynthesis and planartomography, Review of Progress in Quantitative NDE, July 1999

[6] P.K.Soltani, D.A.Wysnewski - Amorphous Selenium Direct Radiography for Industrial Imaging , Review of Progress in Quantitative NDE, July 1999, Canada

[7] A Koenig et all. - Radiographs Simulation Using System MTF, Review of Progress in Quantitative NDE, July 1999, Canada

[8] Y. Chen, J. Gray - Development of X-ray POD Meshing Algorithm of use with X-ray, Radiographic Simulation, Review of Progress in Quantitative NDE, July 1999, Canada

[9] ISO/IEC/OIML/BIPM, ISBN 92-67-10188-9, "Guide to the Expression of Uncertainity in Measurement”, 1993(E)

[10] R. K. Chapman, "CEGB Guidance Document on the Assessment of Defects Measurements Errors in the Ultrasonic NDT of Welds", Reliability in NDT, Proceeding of NDT 88, 27th Annual British Conference on NDT, UK 1988

[11] Y. Shoef, G.Shoef - Uncertainty in radiography, Insight, Oct. 1997