دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز دانشکده فنی و مهندسی گروه مهندسی مواد   عنوان ارائه رادیو گرافی نوترونی Neutron Radiography استادراهنما دکتر معینی فر دانشجو محمد یزدی شمار دانشجویی 920018943

فهرست مطالب 1.چکیده 2.مقدمه 3.اصول رادیو گرافی نوترونی 4.مقایسه رادیو گرافی نوترونی و اشعه X 5.تولید نوترون 6. منابع پرتونوترون 7. گستره انرژی نوترون 8. مواد پرتو زا 9. موازی سازی پرتوها 10.مزایا وکاربردها 11. عیوب روش رادیوگرافی نوترونی 12. نتیجه گیری 13. منابع و ماخذ

چکیده رادیوگرافی نوترونی با استفاده از جریان نوترون که بیشتر از تابش های الکترومگنتیک میباشدانجام میشود. نقش کیفی نوترون رادیو گرافی در ساخت سازه های مواد ترکیبی و بخصوص سازه های هوایی امری انکار ناپذیر است زیرا خواص بسیار مناسب آنها مانند استحکام و سبکی قابل ملاحظه ، استفاده روز افزون و رو به رشدی رادر اکثر صنایع پدید آورده است در این روش از پرتو نوترون به عنوان (Source) استفاده می شود که به جسم تابیده می شود و پس از آشکارسازی فیلم، همانند رادیو گرافی با اشعه X آن را تفسیر و عیوب احتمالی در قطعه خاص را مشخص کرده و حدود و وسعت آن را تعیین می کنیم.

شکل 1 – اساس نوترون رادیو گرافی

مقدمه رادیو گرافی توسط نوترون از اواسط دهه 1930 کمی پس از کشف نوترون شروع شد و از آن زمان تاکنون پیشرفتهای قابل توجهی صورت گرفت از آنجا که واکنش پرتوایکس و پرتو نوترونی با ماده متفاوت است از این رو تصاویری که از انها به دست می آید تا حدودی با یکدیگر اختلاف دارند در حالی که اجزاء فلزی ، به ویژه مواد با عدد اتمی بالا مثل سرب ، آهن و الومینیوم ، به خوبی در تصاویر پرتو نگاری با پرتو نوترونی نمایان نمی شوند ، موادی که قابلیت جذب نوترونی بالایی دارند ، مانند هیدروژن ، لیتیم و بر ، به خوبی در تصاویر نمایان می شوند به همین جهت مایعات ، روانکارها و پلیمرها و کلیه موادی که شامل ترکیبات هیدوروژن هستند در پرتو نگاری نوترونی با کیفیت و وضوح بالایی نمایان می گردند از این جهت می توان این چنین بیان کرد که این دو روش پرتونگاری مکمل یکدیگرند.

اصول نوترون رادیو گرافی نوترون رادیو گرافی در واقع توانمندی یافتن تصویری از ساختار درونی نمونه است و این شاخصه ، وجه تشابه رادیوگرافی با اشعه X است از دیگر مشترکات آن می توان به یافتن گراف به عنوان نتیجه آزمون نام برد که به صورت دیدگانی تفسیر خواهد شد و حاصل تغییرات در چگالی و ضخامت و ترکیب نمونه است .

شکل 2 – مقایسه بین رادیو گرافی نوترونی و پرتو X

تولید نوترون : نوترونها از واکنش های هسته ای ، شتاب دهنده ها و ایزوتوپ های رادیواکتیو معینی تولید می شوند تمامی این نوترون ها که دارای انرژی بالایی ( با نرژی بالاتر از0/01 مگا الکترون ولت ) می باشند ” نوترونهای سریع " نامیده شده اند اما به دلیل این که اغلب پرتونگاری نوترون های با انرژی کمتر (نوترون های کند یا حرارتی با انرژی بین ( 0/01 تا ev0/5 ) انجام می گیرد این منابع معمولا بایک ماده کند کننده ( مثل پارافین ، آب ، گرافیت ، آب سنگین ، برلیوم ) احاطه می شوند که انرژی جنبشی نوترون ها را به صورت یک دسته پرتو به سمت فیلم و صحفه ی مبدل هدایت می کنند . یکی از عیوب عمده این روش این است که نوترونها مانند پرتوهای ایکس و گاما اثر مستقیمی بر روی امولسیون فیلم پرتونگاری ندارند ، لذا در پرتونگاری نوترونی برای آشکار نمودن تصویر باید از پدیده های کمکی اسفاده کرد . مدل اندركنش باريكه موازي نوترون با نمونه تحت بررسي

منابع نوترون (راکتور هسته ای) یکی از مهمترین منابع مورد استفاده در نوترون رادیو گرافی راکتور هسته ای است این موضوع از آنجا ناشی می شود که : 1 – راکتورها شار نوترونی زیادی دارند حتی زمانی که با توان کم و متوسط کار می کنند . 2 - پرتو نوترون های حرارتی در راکتور ها غنی هستند . 3 – اغلب تحقیقات و کاربردهای اخیر نوترون رادیو گرافی توسط راکتور ها انجام شده است . 4 – انجام نوترون رادیو گرافی به عنوان وظیفه اصلی کار راکتور نیست بلکه یک محصول فرعی است . 5 – اکثر کاربردهای نوترون رادیو گرافی نیاز به منبع قابل حمل ندارد . 6 – نوترون رادیو گرافی در راکتور با مشکلات کمتری مواجه می شود . 7- دریک منبع نوترون هر چه شار نوترون حرارتی آن جهت پرتو نوترون بیشتر باشد بهتر است بنابراین جهت هر گونه تست می تواند میزان مورد نیاز از شار را استفاده کرد .

گستره انرژی نوترون اغلب مواردی وجود دارد که نمی توان از نوترون های حرارتی جهت تصویر برداری استفاده نمود چرا که این نوترونها دارای انرژی کافی جهت نفوذ در جسم مورد آزمون نیستند به همین علت از نوترونهای با انرژی بالاتر مانند انرژی (Epithermal 0.5 to 10 kev) استفاده می شود انرژی پرتو نوترونی می تواند تک انرژی یا ترکیبی از انرژی های گوناگون باشد . زمانی که نیاز به نفوذ بیشتری باشد از نوترون های با انرژی بالاتر یا نوترونهای سریع استفاده می شود البته قابل توجه است که اغلب نوترونها از ابتدای تولید آنها به صورت سریع هستند که پس از عبور از محیط های خاص و داشتن برخورد کشسان انرژی خود را از دست می دهند و به انرژی مطلوب می رسند که این عمل را کند کننده ها ( مدراتورها ) انجام می دهند . ازروشهای مرسوم آشکارسازی بیم نوترون عبوری ، روش فیلم- مبدل به صورت پرتو مستقیم و انتقالی و ردنگاریمی باشد.

مواد پرتوزا یکی دیگر از خواص منحصر به فرد نوترون رادیو گرافی توانایی تهیه گراف از یک نمونه ای پرتوزا است ( منبع فوتون ) . در این مورد نوترون از نمونه فوتون زا عبور نموده و به یک ورقه فلزی آشکار ساز مانند ایندیوم ، دیسپرسیوم یا طلا به عنوان یک صفحه مبدل برای فیلم برخورد کرده ، هسته اتمی در صفحه مبدل نوترون را جذب کرده و به یک ایزوتوپ رایواکتیو ناپایدار با عمر کوتاه تبدیل می شود ، پس از چندی که نمونه از پرتو نوترون جدا گردید تمامی رادیوایزوتوپهای صفحه مبدل فیلم را در معرض پرتو قرار خواهند داد و تصویر نمونه آشکار می شود .

شکل 3 – عدد اتمی عناصر بر حسب ضریب تضعیف در شکل زیر تغییرات ضریب تضعیف عناصر متفاوت برای (kev 125 ) x-Ray و نوترونهای حرارتی به تصویر کشیده شده است که یکی از مزیت های نوترون رادیوگرافی در این شکل دیده می شود و آن یافتن تصویری از مواد اتمی پایین در درون موادی با عدد اتمی بالا خواهد بود و این موضوع از بالا بودن سطح مقطع مواد با عدد اتمی پایین ناشی می شود ( مانند کادمیوم در درون سرب ) که اگر این مطلب را تعمیم دهیم می توان به آشکارسازی تغییرات در ترکیبات عناصری با ایزوتوپهای متفاوت نیز اشاره کرد و این خاصیت نیز ناشی از تغییرات سطح مقطع متفاوت یک عنصر می باشد . شکل 3 – عدد اتمی عناصر بر حسب ضریب تضعیف

موازی سازی پرتو نوترونی موازی سازی پرتو یکی از مهم ترین بخشهای رادیو گرافی نوترون هنگامی که منبع پرتو نوترونی به صورت نقطه ای باشد است. موازی سازی به دو صورت استفاده از دیواره های موازی و واگرا انجام می شود که دیواره ها نقش اساسی در حذف پرتو های غیر موازی را دارند و حذف این پرتوهای زائد نقش اساسی در کیفیت نهایی نوترون رادیوگرافی را خواهد داشت . یکی از مهمترین مزیت این نوع موازی ساز، بازرسی از گستره ای وسیع از جسم می باشد که پوشش دادن سطح بزرگ و وسیع از جسم با شاری یکنواخت از منبع نوترونی از اهمیت به سزایی بر خوردار است . شکل 6 – عملکرد موازی ساز واگرا

شکل 5 - بررسی عملکرد موتور به روش نوترون رادیو گرافی کاربردها ازحوزه های کاری رادیو گرافی نوترونی میتوان به صورت خاص در صنایع هوا فضا ، سوخت هسته ای ، مواد انفجاری ، قطعاتی که از چسب در آنها استفاده شده و هر جایی که به دنبال عیوبی نظیر خوردگی یا از این قبیل باشیم فلزات،غیرفلزات،کامپوزیتها وفلزات آلیاژی در موادآتش‎زا، رزین‎ها، پلاستیکها، موادآلی، ساختارهای لانه زنبوری، مواد رادیواکتیو، مواد با چگالی آلی و فلزات حاوی هیدروژن نمایان سازی حرکت مایعات در مخازن فلزی ، اتصال پوشش های سطحی پلیمری ، بازرسی سطح آب و روغن و مواد آلی ایزوله کننده در مخازن و تجهیزات اشاره نمود . شکل 5 - بررسی عملکرد موتور به روش نوترون رادیو گرافی

عیوب روش نوترون رادیو گرافی گرانی منابع نوترون زا و بزرگ بودن ابعاد این دستگاه ها (راکتور) و مشکل حفاظت در برابر اشعه نوترونی محدودیت دستیابی برای قرار دادن نمونه آزمایش در میان منبع وکشف کننده  اتفاقات  تشعشعی  کاهش‎حساسیت با افزایش ضخامت قطعات پراکندگی پرتو ها در جهت ها ی گوناگون اثر نا مطلوبی در کیفیت تصویر نهایی خواهد داشت . در یک طراحی باید از یک پرتو گیر جهت مهار پرتو های پراکنده استفاده کرد. کنترل تداخل پرتوهای ناخواسته یکی از مسائل پیچیده ای است که در این روش با آن روبه رو هستیم و مسائل پراکندگی در نوترون رادیو گرافی نسبت به اشعه , X رادیو گرافی γ از اهمیت بیشتری برخوردار است.

نتیجه گیری عیوبی همچون خوردگی وخستگی که درآخر موجب جدایش ساختارسازه های فلزی میگردند همیشه یکی از موارد بسیار مهم در صنعت بوده وآشکار سازی عیوب و علت پیدایش آنها به وسیله روش های مختلف آزمونهای غیرمخرب و بررسی نتایج حاصله مهمترین راه در سرویس نگه داشتن قطعات و تجهیزات است . بنابراین یکی از روش های آزمون های غیر مخرب به نام نوترون رادیو گرافی در این مقوله نقش خاصی را داراست که به آن پرداخته شده است. به علت ایجاد خوردگی حاصل از آب و رطوبت در قطعات می بایست جهت جلو گیری از متحمل شدن هزینه های گزاف با استفاده از روش های مختلف NDT عیوب را آشکار نمود وجهت رفع آنها اقدام کرد مهمترین روش موجود NDT جهت تشخیص عیوب خوردگی (بخصوص در مواد هیدروژنی ) نوترون رادیوگرافی است زیرا سطح مقطع جذب نوترون درمواد هیدروژنی بالا ست .

مراجع : کوهی فایق ، رحیم " مبانی نیروگاه های هسته ای " کوهی فایق ، رحیم " مبانی نیروگاه های هسته ای " تویسر کانی ، حسین ، " آزمون های غیر مخرب " Berger ,H., Cutforth,D.C.,Garrett, D.C.,”Neutron Radio graphy” Nondestructive Testing Handbook,Ed.  

با تشکر از استاد گرامی جناب آقای دکتر معینی فر