ایمنی وآتش نشانی

آشنایی با رادیوگرافی صنعتی

آشنایی با رادیوگرافی صنعتی ( بخش اول )

 

بخش اول

 فیزیک پرتوها

ساختار اساسی مواد ایزوتوپ

- اتمها

تمامی اجسام از ذرات بسیار کوچکی بنام اتم تشکیل شده اند . اتم کوچکترین بخش یک ماده را تشکیل میدهد . برای اینکه بدانیم که مواد از این اجزاء ریز تشکیل گردیده اند به مثال زیر توجه نمائید : اگر در آب لیوان مواد رنگی اضافه نمائید , رنگ به آرامی در داخل آب پخش میگردد . ذرات رنگ فضاهای بین مولکول آب را اشغال مینماید .

- المنت ها

موادی همچون طلا , نقره , آهن اکسیژن و هیدروژن را المنت مینماید . المنت ماده ای را گویند که نتوان آنرا با انجام آزمایشات شیمائی معمولی به اجزاء ریزتری تقسیم گردد. کوچکترین جزء یک المنت را اتم تشکیل میدهد .

- مولکولها و ترکیبات

یک عنصر ترکیبی از یک یا چند المنت تشکیل گردیده است . ترکیباتی که بیش از یک نوع اتم دارند با هم پیوندی را بوجود می آورند تا ملکول بوجود آید . ملکول را میتوان شکافت تا اتم های تشکیل دهده آنرا جدا نمود . پیوند شیمیائی توسط الکترونهای لایه آخر اتم بوجود می آید . اتم نیز با گرفتن و از دست دادن الکترون در این واکنش ها شرکت میکند .

- ساختار اتم

اتم از اجزائی از قبیل پروتون , نوترون و الکترون تشکیل گردیده است .

پروتون : پروتون جزئی از هسته اتم بوده و دارای بارالکتریکی مثبت میباشد .

نوترون : نوترون جزئی از هسته بوده و دارای بارالکتریکی خنثی میباشد .

الکترون : الکترون درمدار اتم قرار گرفته و دارای بارالکتریکی منفی میباشد . مدارها دارای اشکال مختلف میباشند .

- ساختمان اتم

اتم شامل یک هسته بسیار سنگین می باشد که عناصر تشکیل دهنده آن شامل پروتون نوترون , و الکترون ها که در مدارهای مختلف در اطراف هسته در حال حرکت میباشند . فضای اطراف اتم بسیار بزرگ تر از هسته اتم میباشد . بنابراین بیشترین فضای یک اتم را فضای خالی تشکیل میدهد . تفاوت اتم های مختلف مواد در تعداد پروتون و نوترون آنها در هسته , تعداد الکترون آنها در مدار و وزن اتم میباشد .

از نظر الکتریکی یک اتم تا زمانی بالانس یا در حالت تعادل میباشد که تعداد پروتونها و الکترونهای آن اتم با هم برابر باشد .

- عدد جرمی یا وزن اتمی

صرف نظر از وزن بسیار ناچیز الکترون عدد جرمی برابر است با تعداد پروتون و نوترون هر اتم .

مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته یک اتم مشخصه خاصیت فیزیکی آن عنصر میباشد .

- عدد اتمی

عدد اتمی برابر است با تعداد پروتون هر اتم و خصوصیات اتم نیز بستگی به عدد اتمی آن دارد .

- انواع مواد رادیواکتیو

ایزوتوپ

عنصری که دارای تعداد پروتون های ثابت می باشد ممکن است دارای تعداد نوترون های متفاوت باشد . این اتم ها ایزوتوپ های آن عنصر نامیده می شوند .تعداد نوترونها در هسته های مختلف از صفر در هسته هیدروژن تا 146 در هسته اورانیم متغیر می باشد .

تقریبا 1500 ایزوتوپ وجود داشته که از این تعداد حدود 900 ایزوتوپ خاصیت رادیواکتیو دارند . یعنی اتم های غیر پایدار مرتبا در حال واکنش برای رسیدن به پایدارای میباشند . ایزوتوپ ها یا پایدار می باشند و یا غیر پایداررادیواکتیو می باشند .

- اکتیواسیون

بعضی از عناصر رادیواکتیو بصورت طبیعی موجود میباشند . از جمله اورانیوم و رادیوم . اکثر مواد رادیواکتیو توسط انسان در داخل راکتورهای اتمی بوجود می آید . جذب نوترون توسط اتم باعث تولید یک ایزوتوپ رادیواکتیو میشود . با بمباران نوترونی کبالت 59 , این اتم یک نوترون جذب کرده و تبدیل به کبالت 60 که یک ماده رادیو اکتیو می باشد می گردد . زمانی که یک عنصر در راکتور اتمی تبدیل به یک ماده رادیواکتیو میگردد , این عمل را اکتیواسیون مینامیم . ما در رادیوگرافی از کبالت 60 و ایریدیوم 192 استفاده میکنیم .

- بکرل

بکرل فعالیت یک ماده رادیواکتیو برای رسیدن به حالت پایدار را بیان میکند . هر تخریب در داخل ایزوتوپ نشان دهنده یک بکرل میباشد . یک بکرل برابر است با یک تخریب در یک ثانیه یک کیوری برابر است با 37گیگا بکرل یا 37 بیلیون تخریب در یک ثانیه .

- رادیواکتیو

در سال 1896 هنری آنتونی بکرل کشف کرد ، بعضی از عناصر از خود اشعه پخش می کنند . ماری و پییر کوری نیز دریافتند که بعضی از مواد که دارای توریم و اورانیم می باشند ، رادیواکتیو بوده و مقدار اکتیویته آنها برابر درصد این مواد در مواد معدنی می باشد .

- مواد رادیو اکتیو

ارنست رادرفورد دریافت که از مواد رادیواکتیو سه نوع اشعه انتشار میابد .

 از اینرو مقدار کمی از ماده رادیواکتیو را در داخل ظرفی سربی گذارده و یک صفحه از جنس سولفات روی را بر روی ظرف قرار داد  و تشعشع باعث درخشندگی این صفحه گردید . با گذرادن میدان مغناطیسی بر روی ظرف او توانست سه نقطه درخشان مجزا از هم را مشاهده نماید . او این سه دسته از اشعه را به ترتیب آلفا , بتا , و گاما نامید .

- کیلو الکترون ولت   Kev -   مگا الکترون ولت Mev

مقدار انرژی اشعه ایکس یا گاما با واحد هزار الکترون ولت یا میلیون الکترون ولت اندازه گیری می گردد . الکترون ولت برابر است با مقدار انرژی بدست آمده توسط یک الکترون در زمانی که به آن یک ولت شتاب داده می شود . اشعه ایکس دارای طیف وسیعی از انرژی میباشد که توسط دستگاه کنترل ، تنظیم می گردد . اشعه گاما که از ایزوتوپ رادیواکتیو انتشار می یابد دارای یک یا چند انرژی با مقادیر یا طول موج های مشخص می باشند .

- ذرات الفا ( مثبت )

ذرات آلفا ذراتی سنگین بوده و دارای 2 پروتون و 2 نوترون میباشند .

ذرات آلفا با سرعت 2000 تا 20000 مایل در ثانیه توسط مواد رادیواکتیو انتشار می یابند .

این ذرات بدلیل وزن بالا دارای سرعت پائین بوده و تنها چند سانتیمتر در هوا حرکت میکنند و براحتی توسط یک برگ کاغذ متوقف میشوند .

این ذرات دارای انرژی برابر با 4 تا 10 میلیون الکترون ولت می باشند .

- ذرات بتا (منفی)

اشعه بتا شامل ذراتی مشابه با الکترون ها با سرعت بالا میباشند . این ذرات دارای یک واحد شارژ منفی و جرمی در حدود 1840/1 پروتون می باشد . انتشار این ذرات با سرعتی نزدیک به سرعت نور و به مسافت چند فوت در هوا می باشد . ذرات بتا را میتوان با چند برگ کاغذ یا یک ورق نازک آلومینیوم متوقف نمود . انرژی ذرات بتا در حدود 15/3 الی 1 میلیون الکترون ولت می باشد .

- تشعشع گاما

اشعه گاما از نوع امواج الکترومغناطیس بوده که دارای انرژی با طیفی از امواج بسیار کوتاه الکترومغناطیس بدون وزن و جرم می باشد. اشعه گاما با سرعت نور حرکت میکند (186000 مایل در ثانیه ) . اشعه گاما را می توان بصورت دسته ای از انرژی یا اصطلاحا فوتون یا کوانتا نام برد . این اشعه خصوصیاتی شبیه به ذرات داشته اما دارای طول موج مشخص و میتوان فرکانس آنرا نیز معین نمود . اشعه ایکس و گاما از نظر اینکه هر دو اشعه الکترومغناطیس می باشند مشابهت دارند . تفاوت آنها در نوع بوجود آمدن (منبع تولید ) میباشد .

- اشعه گاما

اشعه گاما از هسته ناپایدار ایزوتوپ که در حال تخریب میباشد تولید می شود . ایزوتوپ های یک عنصر دارای تعداد پروتون های برابر و تنها در تعداد نوترون با هم متفاوت می باشند . ماده رادیواکتیو انرژی را به فرم های اشعه گاما – ذرات الفا و ذرات بتا آزاد میکنند . شدت اشعه گاما در مقیاس رونتگن در ساعت و در فاصله یک متری محاسبه می گردد . اکتیویته یک ماده رادیواکتیو مشخص کننده مقدار شدت اشعه بوده و برابر است با 1010 *7/3 تخریب در ثانیه . اکتیویته مشخصه یک ماده رادیو اکتیو مقدار تراکم ماده رادیواکتیو بوده و با واحد کیوری در هر گرم یا کیوری بر هر سانتیمتر مکعب محاسبه می گردد . به مدت زمان لازم برای کاهش اکتیویته یک ماده رادیواکتیو به نصف مقدار اولیه , نیمه عمر آن ماده گفته می شود .

 خصوصیات انرژی تشعشعات : 

- امواج الکترومغناطیس دارای رابطه مستقیم انرژی با طول موج هستند .

- دارای بار الکتریکی و جرم نمی باشند .

- با سرعت نور و در خط مستقیم حرکت می کنند .

- قابلیت نفوذ در مواد را با توجه به میزان انرژی خود دارند .

- توسط مواد جذب می شوند که این رابطه ای مستقیم با تراکم و ضخامت قطعه و غیر مستقیم با انرژی اشعه دارند .

- توسط مواد پراکنده می شوند که این رابطه مستقیم با تراکم قطعه و غیر مستقیم با انرژی اشعه دارند .

- مواد را یونیزه می کنند .

- توسط عمل یونیزاسیون بر روی فیلم تاثیر می گذارند . 

- غیر قابل رویت و بی بو هستند .

 

- طیف امواج الکترومغناطیس

طیف امواج الکترو مغناطیس محدوده ای از فرکانس و طول موج بوده که شامل میدان الکتریسیته و میدان مغناطیسی میباشد . چشم انسان فقط قادر به دیدن طیفی از امواج الکترومغناطیس می باشد که آنرا نور قابل رویت می نامیم . چشم ما قادر به دیدن امواج رادیوئی , میکرو ویو , اشعه ایکس و گاما نمی باشد .

باید توجه داشت که اشعه ایکس و گاما دارای فرکانس بالا و طول موج کوتاه میباشد .

- یونیزاسیون :

هر عملی که باعث از بین رفتن تعادل الکتریکی اتم و تشکیل یون شود ، یونیزاسیون است . اتم یا ذراتی از آن که دارای بارهای مثبت یا منفی باشند را یون می نامند . الکترون های آزاد یونهای منفی و ذرات آزاد دارای بار مثبت از قبیل پروتون ها ، یونهای مثبت می باشند .

اشعه ایکس دارای جرم نمی باشد و با سرعت نور حرکت می کند و در مسیر خود با برخورد به اتمها باعث یونیزاسیون در مواد می گردد . در این مسیر اشعه ایکس انرژی خود را به اتم منتقل کرده و با عمل یونیزاسیون ضعیف می گردد , که این عمل پدیده های فوتوالکتریک ، پراکندگی کمپتون و تولید جفت یون را به وجود می آورد  . 

- فوتو الکتریک :

توسط اشعه های ضعیف ایکس بوقوع می پیوندد

- در این حالت انرژی فوتون ها به الکترونها منتقل می گردد .

- این عمل را فوتوالکتریک یا جذب می نامند .

- بخشی از انرژی باعث آزاد شدن الکترون از مدار خود و بخش دیگر آن باعث سرعت الکترون می گردد .

- این پدیده توسط فوتونهائی که دارای انرژی 0.5 Mev یا کمتر می باشند بوجود می آید .

- در این عمل تمامی انرژی فوتون جذب و این عمل به کار رادیوگرافی صنعتی کمک می کند .

- پراکندگی کمپتون :

بخشی از انرژی باعث آزاد شدن الکترون از مدار خود و دادن سرعت به الکترون می شود و بقیه فوتون ها با انرژی کمتر و جهتی متفاوت با جهت اولیه به حرکت خود ادامه می دهند . 

این فوتونها دارای انرژی 1-3 Mev می باشند .

در این عمل تمامی انرژی فوتون جذب نمی گردد و این عمل تا زمانی ادامه می یابد که انرژی فوتون درفوتوالکتریک کاملا منتقل گردد .

تشکیل جفت یون :

-          فقط توسط اشعه های بسیار قوی ایکس بوجود می آید .

-          در این سطح از انرژی ، فوتونها با هسته اتم برخورد و از حالت انرژی به جفت الکترون – پوزیترون تبدیل می گردنند .

-          فوتونها باید دارای انرژی بیش از 1.02 Mev باشند .

-          این پوزیترون ها دارای بار مثبت و دارای جرمی معادل الکترون و عمری بسیار کوتاه می باشند .

-          در نهایت مسیر خود دو فوتون با انرژی 0.51 Mev تولید می کنند .

 

+   امین ; ٥:۳۳ ‎ب.ظ ; شنبه ۱٧ اردیبهشت ،۱۳٩٠

design by macromediax ; Powered by PersianBlog.ir