Slide thuyết trình PHƯƠNG PHÁP PHÓNG XẠ TIA X

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: TIA X Nhóm 7 Môn học: Đo và kiểm tra không phá huỷ Mã lớp: 125928 Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: TS. Cung Thành Long Bộ môn: Kỹ thuật Đo và Tin học Công nghiệp Viện: Điện HÀ NỘI, 62021 Danh sách thành viên nhóm và phân công nhiệm vụ Lời cảm ơn Để hoàn thành được bài tập lớn này nhóm 7 rất cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Cung Thành Long. Qua những lời nhận xét cùa thầy cả nhóm đã dẫn hoàn thiện được bài tập lớn này và có thêm những kiến thức bổ ích. Tóm Tắt nội dung Nội dung của báo cáo gồm có 6 phần: Phần 1: Tổng quan Phần 2: Ống phát tia X Phần 3: Phim X Quang Phần 4: Giới thiệu một số thiết bị và Ứng dụng chụp X quang Phần 5: An toàn khi sử dụng tia X Phần 6: Kết luận MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Lịch sử phát hiện tia X 1 1.2 Thang sóng điện từ 1 1.3 Phương pháp RT sử dụng ống phóng tia X 2 1.4 Ứng dụng 3 1.5 Ưu điểm nhược điểm của phương pháp tia X 5 1.5.1 Ưu điểm 5 1.5.2 Nhược điểm 5 1.6 Cách tạo ra tia X 5 1.7 Tính chất của tia X 8 1.8 Khả năng đâm xuyên của tia X 9 CHƯƠNG 2. ỐNG PHÁT TIA X 10 2.1 Âm cực ( cathode) 10 2.2 Dương cực (anode) 12 2.2.1 Anode cố định 12 2.2.2 Anode quay 13 2.2.3 Vỏ ống chân không 15 2.2.4 Dầu tản nhiệt (dầu biến áp) 15 2.2.5 Vỏ kim loại 16 2.2.6 Cửa sổ ống 16 2.3 Bộ lọc tia 16 CHƯƠNG 3. PHIM X – QUANG 18 3.1 Cấu tạo phim X – quang 18 3.1.1 Lớp nền( Base) 18 3.1.2 Lớp lót( Subbing layer) 18 3.1.3 Lớp nhũ tương( Emulsion) 19 3.1.4 Lớp Supercoat 20 3.2 Đặc điểm 20 3.2.1 Mật độ (quang học) 20 3.2.2 Tương phản 20 3.3 Ảnh hiện thị trên phim X – quang 20 3.3.1 Ảnh hưởng từ cấu tạo máy phát chùm tia X 21 3.3.2 Ảnh hưởng từ đặc điểm của vật thể 22 3.4 Chụp X quang tương tự 25 3.4.1 Phòng tối: 25 3.4.2 Các chất hóa học: 26 3.4.3 Quá trình làm ảnh tự động. 29 3.5 X quang kỹ thuật số 30 3.5.1 X – quang điện toán (computed radiography – CR) 30 3.5.2 X – quang DR ( Directly Radiography ) 33 3.5.3 Chất lượng hình ảnh của X – quang kỹ thuật số: 37 3.6 So sánh X – quang kỹ thuật số và X – quang tương tự 37 3.6.1 CR và X – quang tương tự: 37 3.6.2 DR và X – quang tương tự: 38 3.6.3 So sánh CR và DR 38 3.6.4 Lựa chọn CR hay DR trong NDT: 38 CHƯƠNG 4. THIẾT BỊ VÀ ỨNG DỤNG 40 4.1 Hệ thống tia X công nghiệp 40 4.1.1 Hệ thống XRay Gulmay 40 4.1.2 Bộ tia X vi tiêu điểm 45 4.1.3 Ống tia X 46 4.2 Thiết bị Xquang kỹ thuật số 47 4.2.1 Chụp X quang kỹ thuật số DR 47 4.2.2 Chụp X quang điện toán 50 4.3 Hệ thống chụp CT 51 4.4 Ứng dụng đo 52 4.4.1 Đo tiêu điểm hiệu quả 52 4.4.2 Chụp X quang các vật thể có độ dày thành khác nhau 53 4.4.3 Chụp X quang mối hàn trong ống đường kính nhỏ 54 4.4.4 Xác định vị trí sâu của khuyết tật 56 4.4.5 Xác định vị trí độ sâu và đường kính cốt thép trong bê tông 57 4.4.6 Kiểm tra trực tuyến 57 4.4.7 Chụp X quang bằng đèn flash 59 CHƯƠNG 5. AN TOÀN KHI SỬ DỤNG TIA X 61 5.1 Khái niệm chung 61 5.1.1 Phạm vi điều chỉnh 61 5.1.2 Đối tượng áp dụng 61 5.1.3 Giải thích từ ngữ 61 5.2 Ảnh hưởng của việc tiếp xúc với phóng xạ 63 5.3 Liều tích lũy cho phép của bức xạ 64 5.4 Quy định kỹ thuật: 64 5.5 Các bước tiến hành đo liều bức xạ tia X và tia gamma trong không khí 65 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70   DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nhà bác học Rơnghen 1 Hình 1.2 Phổ điện từ 2 Hình 1.3 Phổ điện từ 3 Hình 1.4 Chụp X quang trong y tế. 3 Hình 1.5 Tia X sử dụng để tìm khuyết tật trong công nghiệp 4 Hình 1.6 Tia X ứng dụng quyết hành lý 4 Hình 1.7 Cấu tạo ống phát tia X 6 Hình 1.8 Ống Rơnghen 7 Hình 1.9 Thí nghiệm tạo ra tia X 7 Hình 1.10 Thí nghiệm nhiễu xạ tia X 8 Hình 2.1 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường 10 Hình 2.2 Cấu trúc cathode của ống tia X gồm sợi đốt Volfram nằm trong chén hội tụ 11 Hình 2.3 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén tội tụ 11 Hình 2.4 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén tội tụ 12 Hình 2.5 Cấu tạo anode quay 14 Hình 2.6 Mặt cắt của một anode RTM 14 Hình 2.7 Sự phân bố chùm tia X theo phương song song với trục cathodeanode 15 Hình 2.8 Bộ lọc hấp thụ các photon năng lượng thấp 16 Hình 2.9 Phổ tia X tạo ra ở điện áp đỉnh 150 kVp đối với anode làm bằng Volfram 17 Hình 3.1 Cấu trúc chung film Xquang 18 Hình 3.2 Cấu tạo lớp nhũ tương 19 Hình 3.3 Cấu trúc tinh thể bạc 19 Hình 3.4 Cấu toạ máy X Quang 21 Hình 3.5 Ảnh hưởng từ cấu tạo máy lên chùm tia 21 Hình 3.6 Ảnh hưởng từ điện áp lên film 21 Hình 3.7 Quan hệ giữa cường độ và khoảng cách 22 Hình 3.8 Ảnh hưởng đo độ dày 22 Hình 3.9 Biểu thức quan hệ cường độ sáng 23 Hình 3.10 Ảnh hưởng của hiện tươgnj quantum mottle 24 Hình 3.11 Hình dạng, kích thước ảnh trên phim so với thực tế 25 Hình 3.12 Công thức tính hệ số khuêch đại 25 Hình 3.13 Một số kiểu lối vào phòng tối 25 Hình 3.14 Cấu tạo của máy xử lý ảnh Xquang tự động 29 Hình 3.15 Hệ thống CR 30 Hình 3.16 Tấm photpho nhận ảnh 31 Hình 3.17 Quả trình nhận ảnh xảy ra bên trong tấm nhận ảnh 31 Hình 3.18 Tương tác giữa laser và lớp photpho 32 Hình 3.19 Quá trình quét và mã hóa ảnh 32 Hình 3.20 Ba lớp của công nghệ TFT 34 Hình 3.21 Hiệu ứng mờ ảnh và hai loại tinh thể chế tạo lớp phát quang 34 Hình 3.22 Lớp photodiode 35 Hình 3.23 Các DEL và thành phần cấu tạo bên trong 36 Hình 3.24 Mối tương quan giữa hệ số lấp đầu và chất lượng hình ảnh 36 Hình 3.25 Hai lớp của công nghệ 37 Hình 4.1 Dòng FC 40 Hình 4.2 Dòng CF 41 Hình 4.3 Dòng CP 41 Hình 4.4 Dòng GX 42 Hình 4.5 Bộ điều khiển tia X 42 Hình 4.6 Chân đế điểu khiển MP1 43 Hình 4.7 CP120B và CP160B 44 Hình 4.8 Ống tia X truyền dẫn 45 Hình 4.9 Ống phản chiếu 45 Hình 4.10 Ống cực dương dạng thanh 46 Hình 4.11 Ống tia X đơn cực 46 Hình 4.12 Ống tia X lưỡng cực 47 Hình 4.13 DRC 2430 48 Hình 4.14 GoScan 1510 XR 49 Hình 4.15 HD CR 35 NDT 51 Hình 4.16 Quy trình làm việc của Zeiss VoluMax F1500 Thunder 52 Hình 4.17 Sự bù đắp cho sự khác biệt về độ dày của tường 54 Hình 4.18 Kỹ thuật double walldouble image elip. 55 Hình 4.19 Kỹ thuật double walldouble image vuông góc 56 Hình 4.20 Xác định vị trí sâu của khuyết tật 57 Hình 4.21 Kỹ thuật kiểm tra trực tuyến 58 Hình 4.22 Kỹ thuật tiếp tuyến cho kiểm tra trực tuyến 59 Hình 4.23 Chụp X quang bằng đèn flash một đoạn ống cách nhiệt 60 Hình 5.1 Hình ảnh minh hoạ 64 Hình 5.2 Sơ đồ cơ bản của một phòng chụp X quang sử dụng bức xạ tia X 68 Hình 5.3 Sơ đồ vị trí đo với thiết bị phát tia X và khu vực đặt nguồn phóng xạ 68   DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Khả năng đâm xuyên của tia X đối với các loại vật liệu 9 Bảng 2.1 Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng khi vận hành máy Xquang 17 Bảng 3.1 Bảng giá trị mật độ trên film 23 Bảng 3.2 So sánh CR và DR 38 Bảng 4.1 Thông số CP120B và CP160B 44 Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật DRC 2430 NDT 48 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật GoScan 1510 XR 50 Bảng 5.1 Loại bức xạ và trọng số bức xạ 62 Bảng 5.2 Trọng số W(T) tại một số bộ phận 62 Bảng 5.3 Quy chuẩn liều tích luỹ cho phép của bức xạ 64 Bảng 5.4 Giá trị giới hạn liều tiếp tiếp xúc tối đa cho phép trong một năm 65 TỔNG QUAN Lịch sử phát hiện tia X Năm 1895, nhà bác học Rơnghen đã làm thí nghiệm với ống Catot. Trong thí nghiệm Rơnghen nhận thấy có tồn tại của một bức xạ lạ nên gọi nó là tia X Mỗi chùm tia catot tức là chùm electron có năng lượng lớn đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X. Hình 1.1 Nhà bác học Rơnghen Thang sóng điện từ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện từ, chúng chỉ khác nhau về tần số hay bước sóng. Các sóng này tạo nên một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ. Tia X có bước sóng từ 0,01 đến 10 nm Hình 1.2 Phổ điện từ Gọi là tia X là vì: Tia X và tia Gamma có bước sóng nhỏ nhất trong thang sóng điện từ  Mang năng lượng cao nhất, độ định hướng cao nhất. Lưỡng tính sóng – hạt: Khi bước sóng thấp thì tính chất hạt thể hiện mạnh hơn so với tính chất sóng. Những sóng điện từ có bước sóng càng nhỏ thì tính chất hạt càng rõ nét. Tác dụng thể hiện tính hạt: Đâm xuyên mạnh, quang điện, phát quang, ion hóa ... Kết luận: do bước sóng của tia X nhỏ nên tính chất hạt được thể hiện rõ nét hơn tính chất song nên người ta gọi là tia X. Phương pháp RT sử dụng ống phóng tia X Chiếu qua vật cần kiểm tra để tìm kiếm các khuyết tật hoặc kiểm tra các đặc tính bị ẩn. Khi đi qua đối tượng, chùm tia phóng xạ bị suy yếu đi, mức độ suy yêu phụ thuộc vào chiều dày, đặc tính vật liệu. Khi đi qua các vùng có khuyết tật, ví dụ như rỗ khí hoặc vùng vật liệu không đồng nhất, cường độ chùm tia bị suy giảm khác đi. Trên tấm film (được đặt sau vật kiểm tra) sẽ thấy tấm ảnh có các vùng sẫm màu khác nhau. Hình 1.3 Phổ điện từ Đó chính là khu vực khuyết tật của đối tượng. Ưu điểm của RT là cho kết quả tin cậy, số liệu có thể kiểm tra được. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không cho ta biết về chiều sâu khuyết tật và nó cũng có nguy cơ gây ra độc hại phóng xạ và làm gián đoạn các công việc khác trên công trường. Nếu chỉ đo theo một góc độ thì sẽ không biết được chiều sâu hoặc bề dày của khuyết tất.  Dùng phương pháp chụp cắt lớp vi tính. Ứng dụng Sử dụng trong y học khi chuẩn đoán và chữa bệnh Hình 1.4 Chụp X quang trong y tế. Sử dụng trong công nghiệp để tìm ra những khuyết tật trong các vật đúc kim loại hoặc trong các tinh thể Các lỗi có thể phát hiện ra qua thử nghiệm không phá hủy chụp ảnh phóng xạ Không gian rỗng do co ngót khi đông cứng; Rỗ khí; Nứt; Cháy cạnh; Kênh khí; Ngậm xỉ, tạp chất rắn (Đồng hoặc Wolfram); Không ngấu; Hàn không thấu; Lỗi về hình dạng hình học; Bắn tóe hàn. Sử dụng trong giao thông khi kiểm tra hành lý của khách đi máy bay Hình 1.6 Tia X ứng dụng quyết hành lý Sử dụng trong phòng thí nghiệm khi nghiên cứu thành phần và cấu trúc của vật rắn. Ưu điểm nhược điểm của phương pháp tia X Ưu điểm Có thể sử dụng kiểm tra hầu hết các loại vật liệu; Cung cấp ảnh chụp nhìn thấy được và lưu giữ được lâu dài; Kiểm tra được sự sai hỏng bên trong lòng vật liệu; Kiểm tra được vật liệu với diện tích lớn. Nhược điểm Bị giới hạn về bề dày kiểm tra; Độ nhạy kiểm tra giảm theo bề dày của vật thể kiểm tra. Các khuyết tật tách lớp thường không thể phát hiện bằng phương pháp chụp ảnh bức xạ. Không thể phát hiện được các khuyết tật dạng phẳng một cách dễ dàng. Cần phải xem xét và đảm bảo an toàn bức xạ do sử dụng tia X và Gamma. Tương đối đắt tiền so với các phương pháp thử nghiệm không phá hủy khác. Phương pháp chụp ảnh phóng xạ rất khó tự động hóa. Cách tạo ra tia X Tia X được phát ra khi các electron hoặc các hạt mang điện khác bị hãm bởi một vật chắn và xuất hiện trong quá trình tương tác giữa bức xạ với vật chất. Thông thường để tạo ra tia X người ta sử dụng electron vì để gia tốc electron đòi hỏi điện thế nhỏ hơn so với các trường hợp dùng các hạt mang điện khác. Tia X được tạo ra trong ống phát tia Ronghen thường làm bằng thủy tinh hay thạch anh có độ chân không cao, trong đó có hai điện cực catot làm bằng vonfram hay bạch kim sẽ phát ra electron và anot dạng đĩa nghiêng so với tia tới. Hình 1.7 Cấu tạo ống phát tia X Các electron được tạo ra do nung nóng catot. Giữa catot và anot có một điện áp cao nên các electron được tăng tốc và tới đập vào anot với tốc độ lớn. Nếu electron tới có năng lượng đủ lớn làm các electron ở mức năng lượng bên trong chuyển lên mức năng lượng bên ngoài. Khi electron này về lại mức năng lượng bên trong thì sẽ bức xạ ra photon tia X với năng lượng bằng hiệu các mức năng lượng tương ứng theo mô hình nguyên tử Bohr. Nếu toàn bộ năng lượng của electron đều chuyển thành năng lượng của photon tia X thì năng lượng photon tia X được liên hệ với điện thế kích thích U theo công thức: Khi đó photon tia X có năng lượng lớn nhất (hay bước sóng ngắn nhất). Thực tế chỉ khoảng 1% năng lượng của tia electron được chuyển thành tia X, phần lớn bị tiêu tán dưới dạng nhiệt làm anot nóng lên và người ta phải làm nguội anot bằng nước. Trước kia, người ta dùng ống Rơnghen, sau này người ta dùng ống Coolidge (Culitgiơ) để tạo ra tia X. a. Ống Rơnghen: Cấu tạo: Ống Rơnghen có dạng một bình cầu (chứa khí có áp suất thấp gọi là khí kém) bên trong có 3 điện cực: + Catốt có dạng chỏm cầu với tác dụng làm các electron bật ra tập trung tại tâm của bình cầu. + Anot là một điện cực dương ở phía đối diện với catot ở thành bình bên kia. + Đối catốt là một điện cực (thường được nối với anot). Ở bề mặt của đối catốt là một kim loại có nguyên tử lượng lớn, khó nóng chảy. Hình 1.8 Ống Rơnghen Hoạt động: Khi đặt vào giữa anốt và catốt một hiệu điện thế không đổi (khoảng vài chục kV) thì lúc này electron bứt ra từ catốt được tăng tốc rất mạnh. Khi đập vào đối âm cực, các electron này bị đột ngột hãm lại và phát ra tia X. Người ta gọi tia X là bức xạ hãm. b. Ống Culítgiơ Cấu tạo Ban đầu, ống Cooligde có dạng một bình hình cầu bên trong là chân không, có 2 điện cực: + Catot là chỏm cầu có tác dụng làm tập trung các electron về tâm của bình cầu. + Một dây tim để nung nóng catot (catốt phát ra electron) được cung cấp điện nhờ một nguồn điện riêng. + Anot là điện cực dương, bề mặt của anot là một lớp kim loại có nguyên tử lượng lớn, khó nóng chảy. Để giải nhiệt cho anot người ta cho dòng nước chảy luồn bên trong anot nhờ một ống nhỏ. Hình 1.9 Thí nghiệm tạo ra tia X Hoạt động Khi đặt một hiệu điện thế (một chiều hoặc xoay chiều) vào hai cực của ống Coolidge thì electron sẽ được tăng tốc mạnh và đập vào anot, xuyên vào lớp vỏ nguyên tử của chất làm anot, tương tác với các lớp electron ở các lớp trong cùng và phát ra tia X. Hiệu điện thế ở hai cực của ống Culítgiơ từ vài chục kV đến khoảng 120 kV. Hiện nay người ta đã chế tạo các loại ống tia X có hình dạng khác nhau nhưng về nguyên tắc thì vẫn giống ống Coolidge ban đầu. Tính chất của tia X Từ cách người ta tạo ra tia X, có thể dễ dàng thấy rằng tia X là một dạng bức xạ điện từ. Bản chất là sự kết hợp của điện trường và từ trường. Tia X là một luồng photon mang năng lượng nên nó có tính chất hạt. Tính chất sóng của tia X được thể hiện qua ví dụ nhiễu xạ tia X trên bề mặt chất rắn. Thí nghiệm được miêu tả như hình: Hình 1.10 Thí nghiệm nhiễu xạ tia X Chiếu tia X lên bề mặt chất rắn làm các electron dao động xung quang vị trí cân bằng của chúng, khi electron bị hãm sẽ phát xạ tia X. Quá trình hấp thụ và tái phát xạ bức xạ electron này được gọi là nhiễu xạ. Các sóng nhiễu xạ của các nguyên tử sẽ giao thoa với nhau, nếu các sóng cùng pha thì xuất hiện cực đại giao thao, nếu ngược pha thì giao thoa triệt tiêu. Kết quả từ thí nghiệm này cho ta các cực đại và cực tiểu giao thoa. Vì thế, đây là thí nghiệm chứng minh tính chất sóng của tia X. Tia X có một số tính chất điển hình như sau: Bước sóng ngắn, khả năng đâm xuyên tốt. Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm phát quang một số chất. Tác dụng sinh học (lên cơ thể sống) rất mạnh Ion hóa các chất khí. Tác dụng không mong muốn của tia X Với bước sóng ngắn, tia X có thể đi xuyên qua vật chất một cách dễ dàng và tác dụng mạnh lên sinh vật sống. Với con người, tia X ở mức độ tiếp xúc khác nhau sẽ gây rối loạn quá trình trao đổi chất, thay đổi mã di truyền, ... Ngày nay, các kỹ thuật tiên tiến đã hỗ trợ cho bệnh nhân phải hấp thụ ít tia X hơn nhưng vẫn đạt hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị. Khả năng đâm xuyên của tia X Những tia X có bước sóng từ 0.01 nm đến 0.1nm có khả năng đâm xuyên mạnh hơn nên được gọi là tia X cứng. Ngược lại, tia X mềm là những tia có khả năng đâm xuyên kém hơn với bước sóng từ 0.1nm đến khoảng 1nm. Bảng dưới đây thể hiện khả năng đâm xuyên của tia X đối với các loại vật liệu khác nhau. Bảng 1.1 Khả năng đâm xuyên của tia X đối với các loại vật liệu Khi tia X được chiếu vào các vật liệu, một phần sẽ bị hấp thụ và những phần khác đi qua. Nói chung, năng lượng càng lớn thì lượng tia X đi qua càng lớn. Chính đặc tính này cho phép chúng ta sửu dụng tia X để chụp được hình ảnh bên trong cơ thể người hoặc đồ vật. Tia X có thể đi qua gỗ, giấy, vải một cách dễ dàng, đi qua tấm vật liệu nhôm dày cỡ vài centimet nhưng không thể xuyên qua chì cỡ vài milimet. ỐNG PHÁT TIA X Ống phát tia X là thiết bị có chức năng chuyển đổi điện năng thành hai dạng năng lượng khác là năng lượng tia X và nhiệt. Trong đó nhiệt tạo ra là phần năng lượng không mong muốn (hao phí), do đó ống phát tia X được thiết kế sao cho lượng nhiệt tạo ra là ít nhất và tiêu tán càng nhanh càng tốt. Ống phát tia X hiện đại gồm 2 thành phần chính là âm cực (cathode), dương cực (anode) và các bộ phận phụ như: động cơ quay dương cực (rotor và stator), vỏ ống, hộp chứa, dầu tản nhiệt, cổng giao tiếp…Về nguyên tắc, bản cực âm (cathode) là một dây tóc kim loại, nơi bức xạ ra các electron nhiệt do tác dụng của dòng điện chạy qua và một bản cực dương (anode) là nơi các electron đập vào để sinh ra bức xạ hãm. Ống tia X được hút chân không để electron không bị mất năng lượng do va chạm với các phân tử khí khi đi từ âm cực đến dương cực. Hình 2.1 Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thường Âm cực ( cathode) Chức năng cơ bản của âm cực (cathode) là giải phóng chùm điện tử (electron), đồng thời hội tụ chúng lại và nhắm vào dương cực (anode). Một âm cực điển hình bao gồm hai thành phần chính là dây tóc (filament) và chén hội tụ (focusing cup). Dây tóc làm bằng những sợi Volfram có hình lò xo xoắn (để tăng diện tích bức xạ điện tử ) thẳng đứng được gắn chìm vào trong một chén hội tụ như hình. Hình 2.2 Cấu trúc cathode của ống tia X gồm sợi đốt Volfram nằm trong chén hội tụ Vật liệu làm tim đèn thường là hợp kim Volfram và Thorium vì Volfram là một kim loại nặng, dẫn nhiệt tốt và chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy lên đến 33700C), thorium thường được thêm vào sợi đốt Volfram để tăng cường hiệu suất phát xạ electron và tăng tuổi thọ tim đèn. Đa phần cathode các bóng Xquang hiện nay đều có 2 chén hội tụ với 2 sợi tóc nhằm đáp ứng các chế độ chụp khác nhau. Sợi tóc lớn thường có kích thước dày 1,2 mm dùng để chụp những cơ quan lớn, dày, ở sâu trong cơ thể, cần công suất cao; sợi tóc nhỏ thường có kích thước dày 0,6 mm sử dụng cho những cơ quan nhỏ, mỏng, ở gần ngoài da, cần công suất thấp. Hai sợi tóc này được nung nóng bằng mạch điện với hiệu điện thế khoảng 10V, dòng điện qua sợi tóc có cường độ thay đổi từ 3 đến 7A. Chùm electron phát ra từ cathode được gia tốc bởi một hiệu điện thế lớn đến đập vào anode là chùm phân kỳ, chùm này sẽ đập vào anode trên diện tích rộng, làm giảm hiệu suất phát tia X và làm mờ hình ảnh Xquang. Để khắc phục tình trạng trên, người ta đưa vào một điện cực bổ sung có hình dạng đặc biệt bao quanh cathode giữ vai trò hội tụ chùm electron phát ra đập vào anode, điện cực này chính là chén hội tụ còn được gọi là điện cực Wehnelt (hình). Để hội tụ được chùm electron phát ra từ cathode, chén hội tụ phải được tích điện thế âm (Hình a). Sự chênh lệch điện thế giữa chén hội tụ và cathode càng lớn thì khả năng làm hội tụ chùm electron sẽ càng cao. Ví dụ như trong hình : chén hội tụ làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron khi nó có cùng giá trị điện áp với sợi tóc (Hình b) và chén hội tụ được tích điện thế âm có giá trị lệch khoảng 100 V so với sợi tóc có tác dụng giảm bề rộng chùm electron mạnh hơn (Hình c). Dương cực (anode) Anode là một tấm kim loại cứng có mật độ phân tử cao, là nơi các electron chuyển động từ cathode tới đập vào và phát tia X. Anode có nhiệm vụ chuyển một phần năng lượng của electron thành bức xạ tia X và làm tiêu tán nhiệt lượng được tạo ra trong quá trình phát tia X. Anode có 2 loại là anode cố định có công suất thấp và anode quay có công suất cao. Anode cố định Anode cố định bao gồm 1 tấm bia Volfram được gắn chặt vào một khối đồng như hình 3.4. Tấm Volfram là nơi chùm electron đập vào để phát ra tia X còn khối đồng có vai trò tiêu tán nhiệt cho bia Volfram vì đồng dẫn nhiệt rất tốt. Anode cố định thường được đặt nghiêng một góc từ 150 200 so với mặt phẳng thẳng đứng, góc nghiêng này quyết định diện tích hội tụ của chùm electron (là phần diện tích của anode bị chùm electron đập vào). Nhược điểm của loại anode này là diện tích bia bị bắn phá nhỏ nên giới hạn sự tiêu tán nhiệt do đó giới hạn dòng cực đại qua ống và hạn chế hiệu suất phát tia, ngoài ra còn làm bia Volfram mau mòn và làm giảm tuổi thọ của anode cũng như của ống phát tia X. Hình 2.4 Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén tội tụ Loại bóng này thường dùng trong các máy Xquang công suất nhỏ như máy Xquang nha, máy Xquang di động, máy chiếu (fluoro). Anode quay Cấu tạo: Như đã trình bày, đối với anode cố định thì chùm electron chỉ đập vào 1 vị trí cố định làm nhiệt độ vị trí này rất cao đồng thời làm giảm công suất của bóng và làm giảm tuổi thọ của anode. Để khắc phục những nhược điểm trên người ta sử dụng anode quay để thay đổi liên tục điểm tiếp xúc của anode và chùm electron, làm cho diện tích vết hội tụ rất bé so với diện tí ch giải nhiệt. Chuyển động quay làm cho vị trí đập của electron lên anode thay đổi liên tục, điều này làm cho anode mòn đều nên không ảnh hưởng đến góc phát tia. Chuyển động quay còn có tác dụng tiêu tán lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phát tia X làm tăng công suất bóng, tăng tuổi thọ anode. Với những ưu điểm trên, anode quay được sử dụng phổ biến trong các thiết bị chụp Xquang hiện nay. Anode quay được thiết kế dạng hình đĩa có gờ vát nghiêng một góc θ so với mặt phẳng thẳng đứng, có tác dụng hướng phần lớn tia X ló ra phía cổng của ống phát. Đường phân giác của góc vát phải nằm trong vùng ló ra của tia X, góc vát được thiết kế sao cho phù hợp với mục đích sử dụng. Góc vát càng nhỏ thì độ phân giải không gian càng lớn nhưng lại làm giảm diện tích hiệu dụng của tiêu điểm và diện tích bao phủ của vùng tia X phát xạ. Anode với góc vát nhỏ ( 70 – 90) thích hợp với các thiết bị thu nhận cỡ nhỏ như máy chụp Xquang động mạch, chụp dây thần kinh… Các máy Xquang thường quy thông dụng yêu cầu vùng chụp lớn thì thường sử dụng anode có góc vát lớn ( 120 160) . Kích thước của đĩa anode nằm trong khoảng từ 5cm – 12,5cm và kích thước này quyết định khả năng chịu nhiệt của anode. Góc vát ảnh hưởng đến suất liều chiếu lên bệnh nhân do ảnh hưởng đến hiệu suất phát ra tia X. Ngoài ra góc vát còn ảnh hưởng đến nhiệt độ của anode do ảnh hưởng đến phần diện tích trên anode mà chùm electron đập vào, diện tích này càng nhỏ thì nhiệt độ càng cao. Vật liệu: Do phần lớn năng lượng electron đập vào anode được chuyển hóa thành nhiệt năng (trên 99%) nên anode phải có khả năng chịu nhiệt cao. Hầu hết các ống tia X đều sử dụng Volfram ( Z =74) làm vật liệu anode vì Volfram là một kim loại nặng, dẫn nhiệt tốt và chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy lên đến 33700C), khả năng bay hơi rất thấp. Hình 2.5 Cấu tạo anode quay Những năm gần đây người ta dùng nguyên liệu hỗn hợp Rheni (Re)VolframMolypden (RTM) để chế tạo anode, trong đó hợp kim của Volfram và Rheni được sử dụng làm vật liệu bề mặt anode. Mặt cắt ngang của anode RTM được thể hiện trong hình 36. Lớp hợp kim RheniVolfram trên bề mặt anode dày khoảng 1,3mm, bên trong là lớp Molybdenum dày 511mm (một số hãng sản xuất sử dụng Graphit thay cho Molybdenum). Hợp kim RheniVolfram có tỉ lệ khối lượng tùy thuộc vào mỗi hãng sản xuất, ví dụ như: WRe 3%, WRe 5%, WRe 25%, WRe 26%. Hình 2.6 Mặt cắt của một anode RTM Hiệu ứng chân (Heel effect) Vì anode được bố trí nghiêng góc nên cường độ chùm tia X phát ra dọc theo trục ống tia X sẽ khác nhau, tức là có sự phân bố không đồng đều dọc theo hướng song song với trục cathodeanode. Ảnh hưởng này được gọi là hiệu ứng chân (Heel effect). Sự khác nhau này là do bia anode hấp thụ chính photon mà nó phát ra. Hình 2.7 Sự phân bố chùm tia X theo phương song song với trục cathodeanode Vỏ ống chân không Chức năng Vỏ chân không bao bọc lấy cathode, anode, rotor để duy trì môi trường gần như chân không (áp suất dưới 105 mmHg) có các tác dụng sau: hỗ trợ cách điện cho anode và cathode; hạn chế sự mất mát năng lượng của dòng electron do va chạm với các phân tử khí trong ống khi di chuyển từ cathode đến anode; hạn chế sự oxi hóa các thiết bị kim loại bên trong ống khi làm việc ở nhiệt độ cao do đó tăng tuổi thọ của bóng Xquang. Vật liệu Vỏ ống thường làm bằng thủy tinh borosilicate là loại thủy tinh chống nhiệt có ít nhất 5% oxit boron (B2O3). Vỏ thủy tinh có bề dày khoảng 12 mm tùy theo thiết kế của mỗi hãng, một số hãng chế tạo loại thủy tinh borisilicat có pha chì trừ phần thủy tinh ở lối ra nhằm ngăn chùm tia X đi ra theo các hướng khác. Dầu tản nhiệt (dầu biến áp) Dầu tản nhiệt hay dầu biến áp là dung dịch được đổ đầy vào vùng không gian giữa vỏ kim loại ngoài cùng của ống (tube housing) và vỏ ống thủy tinh rút chân không nhằm chiếm chỗ không khí trong các thiết bị điện áp cao, có tác dụng cách ly vỏ thủy tinh với nguồn cao thế để cách điện. Ngoài ra dầu còn có tác dụng làm mát, tăng cường thoát nhiệt do tổn hao công suất trong dây quấn và trong lõi thép máy biến áp sinh ra và tăng tuổi thọ của các thiết bị trong ống. Vỏ kim loại Bao bọc ngoài cùng ống phát tia X là vỏ kim loại (housing) có chức năng bảo vệ vỏ thủy tinh bên trong, hấp thụ các bức xạ phát ra trừ bức xạ hữu dụng và làm tiêu tán hầu hết nhiệt tạo ra trong ống do dầu tản nhiệt mang tới. Vỏ kim loại có 2 lớp: lớp chì bên trong nhằm hấp thụ tia ló bất thường bao gồm tia X chệch hướng từ anode, tia X sinh ra khi điện tử thứ cấp va chạm với các linh kiện kim loại khác trong ống phát. Bên ngoài lớp chì là lớp thép không gỉ hoặc barit có tác dụng hỗ trợ bảo vệ ống. Vỏ kim loại có bề dày khác nhau tùy theo thiết kế của từng hãng. Cửa sổ ống Cửa sổ ống là nơi chùm tia X hiệu dụng phát ra từ ống đi ra ngoài. Bán kính của cửa sổ ống phụ thuộc vào góc khối của chùm bức xạ hình nón (vào khoảng 400500). Cửa sổ thường được chế tạo bằng một vật liệu hấp thụ bức xạ thấp như là các kim loại nhẹ có số hiệu nguyên tử thấp (chẳng hạn như là Beryllium). Một số loại bóng Xquang còn sử dụng cửa sổ làm bằng nhựa bakelite. Ngay bên dưới cửa sổ trong vùng chùm tia hiệu dụng là một màn chắn, quá trình mở màn che chắn cho phép thay đổi được kích thước hiệu dụng của chùm tia. Bộ lọc tia Bộ lọc tia X có chức năng loại bỏ những tia X năng luợng thấp và tạo chùm tia X có mức năng lượng cao đồng đều hơn. Những tia X có năng lượng thấp trong phổ tia X vừa làm tăng liều chiếu lên bệnh nhân vừa không đóng góp vào tín hiệu thu nhận và làm mờ ảnh chụp, vì vậy việc loại bỏ những tia X này là cần thiết. Hình 2.8 Bộ lọc hấp thụ các photon năng lượng thấp Bộ lọc tia X gồm có 2 phần là bộ lọc sẵn có (inherent filter) và bộ lọc bổ sung (additional filter). Bộ lọc sẵn có được tạo nên do các vật liệu có sẵn trong ống tia X nằm trên lối ra của chùm tia có chức năng đóng góp vào quá trình lọc tia như vỏ thủy tinh, dầu cao áp, của sổ bakelite. Tùy theo theo tiêu chuẩn thiết kế của các hãng sản xuất mà bộ lọc sẵn có có bề dày tương đương 0,51,5 mm Al. Bộ lọc bổ sung là một tấm kim loại bằng nhôm hoặc đồng đặt sau cửa sổ ống có bề dày phụ thuộc vào điện thế cực đại sử dụng trong ống, bộ lọc này loại bỏ những tia X có thể xuyên qua “bộ lọc sẵn có” nhưng năng lượng không đủ lớn để đóng góp vào việc tạo ảnh hiệu quả trên phim. Bộ lọc có thể loại bỏ hiệu quả những tia X năng lượng thấp nhưng đồng thời cũng đòi hỏi công suất tia X cao hơn. Hình 2.9 Phổ tia X tạo ra ở điện áp đỉnh 150 kVp đối với anode làm bằng Volfram Các tia X năng lượng thấp (đường đứt nét) bị hấp thụ nhờ bộ lọc tia Kết hợp khả năng lọc bộ lọc sẵn có và bộ lọc bổ sung ta sẽ được bộ lọc tổng cộng hay bộ lọc tương đương. Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng được cho trong bảng sau: Bảng 2.1 Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng khi vận hành máy Xquang Điện áp đỉnh vận hành máy Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng Dưới 50 kVp 0,5 mmAl Từ 50 kVp đến 70 kVp 1,5 mmAl Trên 70 kVp 2,5 mmAl Một dạng cải tiến khác là bộ lọc cánh cung, bộ lọc này có khả năng làm giảm mạnh những bức xạ ở vùng biên mà không gây ảnh hưởng đến vùng giữa. Do vậy bộ lọc cánh cung có thể hạn chế cường độ của chùm bức xạ tán sắc xuất hiện ở vùng biên của vật thể và làm giảm liều chiếu trên bệnh nhân. PHIM X – QUANG Cấu tạo phim X – quang Phim XQuang có 2 phần chính là lớp đế hay còn gọi là lớp nền (base) và lớp nhũ tương (emulsion). Giữa 2 lớp này có một lớp gọi là lớp keo dính (adhesive) có tác dụng kết dính 2 lớp này. Ngoài cùng là lớp bảo vệ để giữ gìn phim trong quá trình vận chuyển, lưu trữ. Hình 3.1 Cấu trúc chung film Xquang Lớp nền( Base) Đế là một màng mỏng, có bề dày khoảng 150 300μm và có đặc tính dẻo, bền. Đế thường được nhuộm bằng màu xanh lam nhạt để giảm căng thẳng cho mắt Làm từ polyester Có các đặc tính như: Hấp thụ ánh sáng ít Mỏng nhưng bền và linh hoạt Có độ ổn định về chiều và không dễ cháy Dày 0.007 – 0.008in. Tác dụng hỗ trợ về mặt kết cấu cho lớp nhũ tương mỏng manh Lớp lót( Subbing layer) Lớp lót được làm từ hỗn hợp gelatin và dung môi của lớp nền. Lớp lót có nhiệm vụ kết nối đồng thời phân cách lớp nền và nhũ tương. Chống lại hiện tượng crossover, khi lớp nhũ tương bị ướt có thể dẫn đến hiện tượng lớp này giống với lớp nền, nên cần lớp lót để phân tách Lớp nhũ tương( Emulsion) Lớp nhũ tương là thành phần quan trọng nhất của phim X – quang. Lớp nhũ tương này là một lớp hợp chất có độ đồng nhất cao của gelatin và các tinh thể bạc halogenua (AgX) có độ dày khoảng 0.0005in. Hình 3.2 Cấu tạo lớp nhũ tương Galentin là chất trong suốt nên cho phép ánh sáng truyền đến các tinh thể bạc. Chất này cũng có cấu tạo rỗ nên cho phép các chất xử lý phim tiếp xúc được với các tinh thể bạc halogenua. Chức năng chính của galentin là tạo một môi trường để cố định các tinh thể bạc. Các tinh thể bạc halogenua bao gồm khoảng 98% là bạc bromua (AgBr) và 2% bạc iotua (AgI). Trong hầu hết phim XQuang, các tinh thể này có dạng hình lập phương và có độ dày khoảng 1μm. Tốc độ, độ tương phản và độ phân giải của phim phụ thuộc vào quy trình sản xuất các tinh thể này cũng như hỗn hợp với galentin. Kích thước và mật độ tinh thể cũng ảnh hưởng lớn đến tốc độ. Quy trình sản xuất các phim từ đầu đến cuối phải được bảo vệ khỏi ánh sáng và bức xạ. Hình 3.3 Cấu trúc tinh thể bạc Các tinh thể Bạc halogenua còn có thể ở các dạng khác như dạng tabular (hình phiến), globular (hình cầu), polyhedral (đa diện) và các hình dạng không thường xuyên khác. Lớp Emulsion rất nhạy cảm với hóa chất xử lý, mài mòn, các mức độ tiếp xúc ánh sáng khác nhau vì vậy khi xử lý với phim cần rất cẩn thận. Phim có 2 lớp nhũ tương: được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán hình ảnh. Phim chụp nhũ ảnh: có một lớp nhũ tương. Phim “sao chép” duplicating: chỉ có một mặt nhũ tương. Khi cần sao chép phim, ta vào phòng tối đặt phim cần sao lên máy sao, rồi đặt 1 tấm phim mới nằm chồng lên phim cần sao. Bấm nút chụp và đem phim đã sao đi rửa, ta sẽ có bản sao của phim cần dùng. Lớp Supercoat Là lớp gelatin cứng rất mỏng. Lớp Supercoat có nhiệm vụ bảo vệ lớp emulsion khỏi áp suất, sự bào mòn, trầy xước có thể xảy ra trong quá trình xử lý. Đặc điểm Mật độ (quang học) Khi một phim ảnh được đặt trên một màn hình chiếu sáng để xem, sẽ quan sát thấy rằng hình ảnh được tạo thành từ các vùng có độ sáng khác nhau, phụ thuộc vào mật độ quang học cục bộ (lượng hạt bạc) của lớp nhũ tương. Mật độ (D) được định nghĩa là logarit đến cơ số 10 của tỷ số giữa ánh sáng tới Io và ánh sáng truyền qua phim It, do đó: D = log (Io It). Tỷ trọng được đo bằng máy đo mật độ. Chụp X quang công nghiệp trên phim thông thường bao phủ một dải mật độ từ 0 đến 4. Tương phản Độ tương phản của hình ảnh được định nghĩa là độ sáng tương đối giữa hình ảnh và nền liền kề. Sự tương phản giữa hai mật độ D1 và D2 trên phim Xquang là sự khác biệt về mật độ giữa chúng và thường được gọi là “độ tương phản chụp ảnh phóng xạ”. Khi loại nhũ tương cho thấy hầu hết các tương phản hình ảnh hiện diện, phim được cho là có độ tương phản cao hoặc cứng. Để đo độ tương phản của phim, thuật ngữ “gradient phim” được sử dụng, ký hiệu là GD. Hậu tố D chỉ mật độ mà G được đo. Ảnh hiện thị trên phim X – quang Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh của phim: Máy phát tia X Đặc điểm của vật thể Đặc tính của phim Vị trí của vật thể Ảnh hưởng từ cấu tạo máy phát chùm tia X Hình 3.4 Cấu toạ máy X Quang Đặt vào 2 đầu anode và cathode một điện áp đỉnh (kVp), do có sự chuyển động của các electron từ cực cathode bay và đập vào anode > sinh ra một dòng điện i (mA). Dòng i không ảnh hưởng tới động năng của các e mà ảnh hưởng tới số lượng các e => i càng lớn số lượng e căng nhiều. nếu mA càng cao thì số lg tia X đến phim càng nhiều thì ảnh càng đen và ngược lại. Hình 3.5 Ảnh hưởng từ cấu tạo máy lên chùm tia Khi tăng điện áp kVp ,tốc độ di chuyển của e giữa 2 bản cực được tăng lên. Từ đó các electrom va vào bản cực anode với năng lượng lớn hơn và sinh ra các chùm tia đâm xuyên với bước sóng ngắn hơn(chùm tia X năng lượng cao nhiều hơn nên chùm tia X tới phim nhiều hơn) Hình 3.6 Ảnh hưởng từ điện áp lên film Độ tương phản trên phim còn bị ảnh hưởng bởi vật chất cấu tạo lên vật cần chiếu, điện áp đỉnh kVp đặt vào 2 cực. Sự khác nhau này dẫn tới sự khác nhau về cường độ tia x truyền qua. Mức kVp càng cao thì cho độ tương phản càng thấp. Khoảng cách giữa nguồn phát phóng xạ (tia x) và vật thể cũng ảnh hưởng tới chất lượng phim. Càng gần nguồn, cường độ càng lớn. Quan hệ giữa cường độ và khoảng cách được thể hiện bằng công thức ở hình dưới Hình 3.7 Quan hệ giữa cường độ và khoảng cách Đây là mối quan hệ tỷ lệ nghịch. Càng xa nguồn thì cường độ càng giảm, độ giảm của cường độ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ vật thể tới nguồn bức xạ. Ngoài ra có thể tính cường độ bức xạ theo công thức: I= (số photon x năng lượng)(diện tích x thời gian phơi sáng) Ảnh hưởng từ đặc điểm của vật thể Độ dày Hình 3.8 Ảnh hưởng đo độ dày Khi ta chiếu 1 chùm tia X vào các vật thể có độ dạy khác nhau thì sau khi đi qua các vật thể thì cường độ chùm tia X cũng khác nhau. Quan sát hình trên ta thấy đối với vật có độ dày cao thì cường độ tia X đi qua vật càng nhỏ và ngược lại. Nơi nào tia X không bị suy giảm sẽ tạo nên vùng đen, nơi nào bị suy giảm nhiều sẽ tạo nên vùng trắng Đặc điểm cấu tạo của vật thể Các vật được làm từ các chất khác nhau cũng ảnh hưởng đến cường độ tia X khi đi qua vật thể. Cụ thể thì cường độ tia X sẽ giảm dần khi đi qua các chất sau: không khí, mỡ, dịch mô mềm, Canxi, Kim loại, … Ảnh hưởng từ những đặc trưng của phim Mật độ Xét khi ánh sang truyền qua một vùng phim: Hình 3.9 Biểu thức quan hệ cường độ sáng Ii : Cường độ ánh sáng tới It: Cường độ ánh sáng truyền qua. Độ mờ (opacity) và tỷ trọng (density) được tính dựa theo công thức trên. Ta có bảng giá trị mật độ trên phim Bảng 3.1 Bảng giá trị mật độ trên film Tốc độ phóng xạ Phim có tốc độ nhanh yêu cầu số lượng bức xạ tương đối ít hơn so với phim chậm. Tốc độ phim được sử dụng phổ biến: D (ultral speed), E (ekta speed) và F (insight).Tốc độ D là phim chậm nhất trong ba bộ, và tốc độ F là nhanh nhất. F được sử dụng nhiều nhất vì có độ tương phản và độ phân giải tương đương nhưng chỉ đòi hỏi thời gian phơi sáng bằng một nửa so với D. Tốc độ phim có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao > độ mờ và độ hạt tăng. Độ tương phản Độ tương phản của phim do tính chất các tinh thể bạc halogenua quyết định. Phim có các hạt tinh thể đồng nhất thì có độ tương phản cao. Ngược lại, kích thước các hạt tinh thể to và không đồng nhất sẽ làm cho phim có độ tương phản thấp Bề dày càng lớn thì độ tương phản càng thấp. Nhiễu phóng xạ Hình 3.10 Ảnh hưởng của hiện tươgnj quantum mottle Vì tương tác xray là các sự kiện ngẫu nhiên. Do đó, có thể trên phim sẽ không tạo ra sự đồng nhất mầu sắc, xuất hiện những đốm nhỏ dạng tròn khác màu (tối hoặc sáng hơn) vùng tối lân cận của phim được gọi là quatum mottle. Nguyên nhân gây ra do sự biến động về số lượng photon trên một đơn vị diện tích mặt cắt của chùm tia chiếu. Nên một số khu vực trên phim sẽ hấp thụ nhiềuít hơn. Hiện tượng quatum mottle“ giảm khi thời gian chiếu tia X tăng lên. Ảnh hưởng từ vị trí đặt vật thể Khi ta đặt vật thể trên đường đi của tia tới, điều này sẽ tạo ra một cái bóng của vật thể trên phim có kích thước lớn hơn kích thước thật. Hệ số phóng đại (M) được tính theo công thức: Hệ số phóng đại M Hiện tượng hình ảnh trên phim có kích thước và hình dạng không giống thật, hiện tượng này là do sự xuất hiện của các hệ số phóng đại M khác nhau trên các phần của đối tượng. Lượng méo mó phụ thuộc vào (hình dạng, độ dày và vị trí). Hình 3.11 Hình dạng, kích thước ảnh trên phim so với thực tế Hình 3.12 Công thức tính hệ số khuêch đại Muốn giữ hệ số khuếch đại thấp nhất thì cần tăng khoảng cách nguồn và vật và giảm khoảng cách vật và phim Chụp X quang tương tự Phòng tối: a. Lối vào và màu sắc: Phòng tối cần hoàn toàn chống ánh sáng, vì vậy lối vào phải là một “bẫy ánh sáng”. Lối vào thường có dạng hai cửa nối tiếp nhau, một cửa quay hoặc dạng một mê cung. Trong thực tế, dạng mê cung được coi là cách tốt nhất, mặc dù nó chiếm một không gian tương đối lớn. Các bức tường của lối vào được sơn đen mờ, và một đường sọc trắng rộng khoảng 10 cm chạy dọc theo các bức tường ngang tầm mắt của nó là đủ để làm chỉ dẫn. Bên trong phòng tối, các bức tường tốt nhất nên được sơn màu sáng; tường sáng phản chiếu ánh sang ít ỏi ở đó. b. Ánh sáng phòng tối: Phim Xquang được xử lý tốt nhất trong đèn phòng tối thông thường màu đỏ cam (R1) hoặc xanh lục (D7) Khoảng cách giữa phim và ánh sáng phòng tối cần được xem xét, tùy thuộc vào độ nhạy của phim và thời gian của quá trình hiện ảnh. c. Bố cục phòng tối: Phòng tối được chia thành một bên khô và một bên ướt. Bên khô: sẽ được sử dụng để cất các hòm chứa film, lắp phim vào khung đang được hiện ảnh v.v. Nói chung là cho tất cả các công việc không cho phép ẩm ướt. Bên ướt: các film sẽ được xử lý trong các bể chứa dung dịch hóa chất khác nhau. Để làm việc hiệu quả và đảm bảo chất lượng đồng nhất, cần có sự kiểm soát tự động nhiệt độ của các dung dịch. d. Bể xử lý ảnh Trong các bể xử lý được sử dụng trong quy trình thủ công, các màng được giữ thẳng đứng trong khung của chúng. Các bể này có thể được làm bằng thép không gỉ hoặc nhựa. Kích thước của bể phải phù hợp với kích thước và số lượng màng được xử lý. Giữa các tấm phim phải có một khoảng trống ít nhất là 1,5 cm. Cạnh trên của phim phải xấp xỉ. 2 cm dưới bề mặt của dung dịch. Bên ướt của phòng tối sẽ có 5 bể chứa dung dịch, được sắp xếp theo trình tự sau: Bể hiện hình (developer tank) Bể ngưng (stopbath or rinse tank) Bể hãm (fixer tank) Bể rửa lần cuối (final wash tank) Bể chứa dung dịch chống đọng nước (tank for wetting solution) Các chất hóa học: Developer (chất hiện ảnh): độ mờ, mức độ hạt và độ tương phản phụ thuộc vào loại chất hiện ảnh. Fixer (chất hãm): Thuốc hãm có vai trò biến nhũ tương của film trở nên ‘trơ’ trước ánh sáng. Stopbath (chất ngưng): Mục đích của thuốc ngưng là kìm hãm phản ứng của thuốc hiện ngay lập tức. 4.3 Quá trình làm ảnh thủ công: B1: Khuấy dung dịch chất hiện ảnh và chất hãm. Dùng các que khuấy khác nhau để tránh lẫn các chất với nhau. B2: Kiểm tra nhiệt độ của các dung dịch bằng nhiệt kế. Rửa sạch nhiệt kế sau mỗi lần đọc để tránh nhiễm chéo hóa học. B3: Gắn cẩn thận tấm phim vào giá treo. Gắn các góc dưới trước. Tránh dấu vân tay, vết xước hoặc các hiện vật khác bằng cách xử lý phim cẩn thận B4: Hẹn giờ số phút cần thiết dựa theo nhiệt độ khuyến cáo của dung dịch hiện ảnh . Việc sai lệch so với thời gian và nhiệt độ chất hiện ảnh được khuyến nghị luôn dẫn đến chất lượng hình ảnh giảm. Nhiệt độ của chất hiện ảnh không bao giờ được thấp hơn 10 ° C, nhưng tốt hơn là cao hơn 18 ° C để có được độ tương phản hình ảnh tối ưu. VD: Thời gian hiện ảnh được khuyến nghị cho film Agfa trong dung dịch G128 thủ công là 5 phút ở 20 ° C B5: Nhấn chìm film trong dung dịch hiện ảnh và đảm bảo film bị chìm hoàn toàn. Hạ xuống một cách cẩn thận. Bắt đầu hẹn giờ ngay sau khi toàn bộ phim ngập dung dịch. gõ vào giá film để loại bỏ bất kỳ bọt khí nào có thể đọng lại trên tờ phim. Lắc phim theo khuyến cáo của chất hiện ảnh. Một số film yêu cầu khuấy động mạnh, trong khi những film khác thì không. B6: Sau khi hẹn giờ hoàn tất, nhấc thẳng giá film ra khỏi dung dịch hiện ảnh trong vài giây cho đến khi phần lớn dung dịch thoát ra khỏi phim. B7: Tráng kỹ film trong bể ngưng (stop bath) (bao gồm 30 ml axit axetic hòa với 1 lít nước) . Điều này giúp rửa sạch dung dịch hiện ảnh khỏi film .Tráng film trong 30 giây để ngăn chất hãm (fixer) bị chất hiện ảnh trung hòa quá nhanh và sọc được hình thành trên phim. Nếu phim không được đi qua bể ngưng, nó phải được rửa trong nước chảy trong vài phút ngay sau khi ra khỏi bể hiện ảnh. B8: Tuân theo các khuyến nghị của nhà sản xuất về thời gian và nhiệt độ. Film sẽ có dạng trắng đục trước khi đi vào bể hãm. Quá trình hãm thường hoàn thành sau khi hết màu trắng đục. Sau đó nhấc cẩn thận film và ra khỏi bể, để cho dung dịch thừa thoát ra ngoài. B9: Lần rửa cuối cùng nhằm mục đích loại bỏ để loại bỏ chất hãm và các hợp chất bạc hòa tan còn sót lại trong nhũ tương, nếu không được xả ra ngoài, sẽ làm giảm thời gian sử dụng phim. Tốt nhất nên rửa bằng vòi nước chảy, đảm bảo rằng tất cả các phần của màng đều có thể tiếp cận được bằng nước sạch. Thời gian của lần rửa cuối cùng phụ thuộc vào nhiệt độ của nước. Nhiệt độ trên 25 độ nên tránh B10: Cuối cùng đặt film vào bể chống đọng nước trong vòng 30s. Chất này giúp đẩy nhanh thời gian phim khô và cũng ngăn ngừa các vết nước không mong muốn trên phim. Để ráo trong 2 phút trước khi vào tủ sấy B11: Tốt nhất nên làm khô trong tủ sấy, hoặc cách khác là trong phòng khô ráo và không có bụi. Không được phép để giọt nước rơi vào phim đã khô, vì điều này sẽ gây ra vết. Do đó, film ướt phải luôn được treo bên dưới film đã khô. Thời gian khô sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ, sự lưu thông không khí và độ ẩm tương đối của không khí trong tủ. Trước khi lấy phim ra khỏi tủ sấy, phải kiểm tra các góc và cạnh của phim đã khô kỹ chưa. Nên tránh nhiệt độ không khí trên 40 ° C vì điều này có thể gây ra các vết khô xấu . Phải có không khí lưu thông tự do giữa các film trong tủ; nếu chúng không thể khô đều ở cả hai mặt, chúng có thể bị quăn hoặc biến dạng. Quá trình làm ảnh tự động. Trong vài năm qua, việc sử dụng các bộ vi xử lý tự động để xử lý phim Xquang công nghiệp đã gia tăng đáng kể. Không chỉ là một quá trình nhanh hơn và hiệu quả hơn, quá trình đồng nhất còn dẫn đến chất lượng hình ảnh được cải thiện. Tổng thời gian xử lý có thể từ 1,5 đến 12 phút (thông thường là 8 phút), ngắn hơn đáng kể so với xử lý thủ công. Trong số 8 phút này, phim sẽ chỉ nằm trong chất hiện ảnh trong 100 giây, được gọi là “thời gian ngâm”. Thời gian xử lý ngắn hơn này đã được thực hiện bằng cách sử dụng các hóa chất đặc biệt (VD: G135 và G335), và bằng nhiệt độ cao hơn của dung dịch: 28 ° C thay vì 20 ° C. Nhiệt độ cao hơn của dung dịch làm cho các lớp nhũ tương phồng lên, dẫn đến sự khuếch tán chất lỏng qua các lớp nhanh hơn và do đó, hóa chất tác động nhanh hơn. Tuy nhiên, các lớp phủ nhũ tương phồng lên dẫn đến film mềm hơn và do đó dễ bị hư hại; Bởi vì màng phồng lên trong quá trình hiện ảnh, một chất làm cứng phải được thêm vào để kiểm soát lượng nhũ tương có thể phồng lên. Hóa chất thường được sử dụng cho mục đích này là glutaraldehyde. Nếu nhũ tương nở ra quá nhiều, nó có thể bị hỏng khi đi qua các con lăn của bộ xử lý phim tự động, dẫn đến hỏng ảnh chụp Xquang. Sau khi film đã hiện ảnh hoàn toàn, màng này được đi qua trục lăn và chổi cao su đặc biệt loại bỏ chất hiện ảnh thay vì ngâm nước ngay trước khi phim đi vào bể hãm. Bể rửa để rửa sạch hoặc trung hòa tất cả các chất hóa học còn sót lại trên film từ quá trình trước. Nếu bất kỳ dư lượng hóa chất nào còn sót lại trên phim, phim chụp xquang sẽ mất màu và trở nên giòn theo năm tháng. Ngay trước khi film ra khỏi nước rửa và đi vào máy sấy, màng sẽ đi qua một bộ vắt để loại bỏ nước thừa. Máy sấy loại bỏ nước thừa khỏi phim ngay trước khi phim thoát ra. Không khí được làm nóng từ 120150 độ F. và lưu thông để làm khô hoàn toàn bộ phim. X quang kỹ thuật số X – quang điện toán (computed radiography – CR) Là hệ thống thu nhận và biến đổi từ tín hiệu tia X sang tín hiệu kỹ thuật số mà không cần sử dụng phim ảnh để chụp. Hình 3.15 Hệ thống CR Ba bộ phận quan trọng và khác biệt nhất của CR so với hệ thống X – quang tương tự là: Tấm photpho thu nhận ảnh: Hệ thống đọc và số hóa tín hiệu. Máy tính Tấm photpho nhận ảnh. Hình 3.16 Tấm photpho nhận ảnh Định nghĩa: Là một bản phẳng có cấu tạo gồm 4 lớp: Lớp chống chầy xước: Được cấu tạo từ vật liệu cứng, trong suốt do vậy vừa có chức năng bảo vệ chống chầy xước nhưng vẫn có thể cho tia X đi sâu vào bên trong một cách dễ dàng. Lớp photpho: Lớp này là lớp quan trọng nhất đối với tấm nhận ảnh. Được cấu tạo bởi hỗn hợp chứa 85% BaFBr, 15% BaFI được pha trộn với lượng nhỏ Eu (europium) làm chất kích hoạt và được phủ 1 lớp photpho rất nhạy với tia X. Lớp phản xạ : Thông tin về ảnh chụp X quang tại mỗi điểm ảnh được đặc trưng lượng tia X kích thích lên lớp photpho. Trên thực tế không phải tất cả các tia X đi tới đều tạo ra kích thích, một phần sẽ đi qua và đi xuống phía dưới, lớp phản xạ sẽ phản xạ lại tia X trở về lớp photpho một lần nữa để tối đa hóa kích thích của tia X lên lớp photpho từ đó cải thiện chất lượng hình ảnh. Lớp nâng đỡ: Tạo sự vững chắc cho toàn bộ tấm nhận ảnh. Quá trình nhận ảnh: Hình 3.17 Quả trình nhận ảnh xảy ra bên trong tấm nhận ảnh Khi bị chiếu xạ bởi tia X, các electron của nguyên tử Eu bị kích thích, bứt ra và sẽ chuyển động tự do trong môi trường. Một phần sẽ tương tác với nguyên tử F và bị giữ lại ở vùng bán ổn định có mức năng lượng cao hơn mức năng lượng cơ bản nhưng dưới vùng dẫn. Số lượng electron bị giữ lại tại một vị trí thì tỷ lệ với cường độ tia X tới. Các e chỉ được giữ lại ở vùng này trong một thời gian giới hạn và sẽ tự trở lại trạng thái cơ bản bằng cách phát xạ quang. Do đó thông tin về ảnh chụp cần được lấy đi sớm trước thời gian hình ảnh bị mất. Máy đọc ( CR scanner ) Nguyên lý đọc: Các electron bị nguyên tử F giữ lại ở vùng bán ổn định sẽ được kích thích bởi tia laser có năng lượng cỡ 2eV và di chuyển lên vùng có mức năng lượng cao hơn. Trong thời gian ngắn các electron này sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ quang để quay trở lại trạng thái cơ bản. Các bức xạ quang này là ánh sáng nhìn thấy. Ánh sáng này có cường độ tỷ lệ với mật độ e bị giữ bởi F trong một đơn vị diện tích cũng có nghĩa là tỷ lệ với cường độ tia X chiếu tới do đó phản ánh được thông tin về ảnh chụp. Ánh sáng phát quang được dẫn hướng qua ống nhận quang PMT để đến bộ phận cảm biến chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, từ đó cho biết thông tin về ảnh chụp X – quang. Quá trình quét ảnh của máy đọc: Hình 3.19 Quá trình quét và mã hóa ảnh Tia laser được chiếu vào 1 gương đa giác có thể xoay, quá trình quay này làm cho tia laser có thể được chiếu lần lượt tới từng điểm theo chiều ngang trên tấm nhận ảnh. Đồng thời tấm nhận ảnh cũng được di chuyển theo chiều dọc đều đặn. Ánh sáng được bức xạ ra sau quét sẽ được dẫn hướng đi vào ống nhân quang đến bộ phận chuyển đổi quang điện và chuyển thành tín hiệu số. Các điểm ảnh thu được với tọa độ (x,y,z) tương ứng với trục tung, trục hoành và độ xám sẽ cho biết thông tin chi tiết về ảnh chụp. Tùy thuộc độ phân giải ( kích thước điểm ảnh) tốc độ mã hóa đạt 5 – 10mms Quá trình scan ngoài mã hóa ảnh cũng đồng thời xóa thông tin trên tấm nhận ảnh sẵn sàng sử dụng ở lần tiếp theo. Máy tính ( trạm xử lý ảnh ) Máy tính được sử dụng để xử lý ảnh chụp X – quang để ảnh có chất lượng tốt nhất một số thao tác được thực hiện: Tăng cường bờ nét Tăng độ tương phản Giảm nhiễu Chất lượng hình ảnh thu được tốt hơn nhiều so với X – quang tương tự từ đó thuận tiện hơn trong kiểm tra, khảo sát các chi tiết nhỏ Máy in phim: Ảnh sau xử lý có thể được in bằng giấy in thường, giấy in bóng hay in khô. Hình ảnh X – quang CR không bị biến đổi theo thời gian. Máy in khô sử dụng hóa chất bạc halide, hóa chất này chỉ biến đổi màu sắc dựa vào tác dụng nhiệt. Đầu nhiệt của máy chứa phần tử vi nhiệt phân phối nhiệt tới các điểm ảnh tương ứng để tạo thành hình. X – quang DR ( Directly Radiography ) Ảnh chụp được tạo ra trực tiếp mà không cần đọc bằng thiết bị trung gian, hình ảnh được sinh ra đồng thời với sự chiếu xạ ( không cần cassette như CR ). DR có thể chia làm 2 dạng: Chuyển đổi gián tiếp . Chuyển đổi trực tiếp. Bộ phận tiếp nhận bức xạ và chuyển đổi gồm 3 lớp: Lớp phát quang (scintillation ): Là nơi tiếp nhận photon tia X đến và phát quang ánh sáng nhìn thấy. Lớp photodiode: Chuyển đổi bức xạ quang thành tín hiệu về điện tích. Lớp TFT: Thu nhận tín hiệu điện tích để xác định tín hiệu số về các điểm ảnh. a. Lớp phát quang scintillation): bức xạ quang được sinh ra có tính định hướng thấp hơn tia X dẫn đến độ phân giải bị giảm sút từ đó làm xuất hiện các vết mờ nhỏ trên ảnh chụp. Hình 3.21 Hiệu ứng mờ ảnh và hai loại tinh thể chế tạo lớp phát quang Mỗi photon tia X tới đập vào lớp phát quang sẽ có bức xạ quang tương ứng được sinh ra với năng lượng thấp hơn mang tính chất sóng nhiều hơn làm giảm tính định hướng. Ánh sáng sinh ra phân kỳ làm cho vùng tiếp xúc ánh sáng nhìn thấy ở lớp phía dưới lớn hơn so với kích thước vùng phơi xạ trực tiếp với tia X từ đó làm giảm độ phân giải. Trên ảnh chụp xuất hiện các vết mờ nhỏ. Lớp phát quang này có thể được chế tạo bằng 2 loại chất liệu là Cesi iotua và Gadoli: tuy nhiên cesi iotua được sử dụng nhiều hơn vì ánh sáng sinh ra có độ tập trung cao hơn làm giảm nhược điểm đã đề cập ở trên. b. Lớp photodiode: Hình 3.22 Lớp photodiode tiếp nhận bức xạ quang sinh ra từ lớp trên và hình thành tín hiệu về điện tích đi xuống lớp phía dưới. c. Lớp TFT: Bao gồm các phần tử dò rất nhỏ được gọi là DEL thu nhận tín hiệu điện tích để xác định tín hiệu số về các điểm ảnh. Mỗi Del gồm có phần tử chụp pixel, 1 tụ điện để lưu trữ điện tích được bắt lại, 1 switch có chức năng xác định tín hiệu số 0 hoặc 1 từ tín hiệu điện tích bằng cách chuyển mạch on off. Hình 3.23 Các DEL và thành phần cấu tạo bên trong Độ phân giải của ảnh được đánh giá dựa trên hệ số lấp đầy là hệ số được xác định bằng tỷ số giữa vùng pixel hoạt động so với kích thước của 1 DEL. Hệ số lấp đầy càng lớn thì ảnh chụp càng rõ nét. Hình 3.24 Mối tương quan giữa hệ số lấp