Lucidi Raggi X - I blog di Unica

Il Metodo Radiografico (RT)
La radiografia è la tecnica che consente di
ottenere immagini del contenuto di un solido
mediante impressione di un elemento
sensibile (pellicola, schermo, ecc.) da parte
di radiazioni ionizzanti quali raggi X o
raggi γ.
Il
meccanismo
di
formazione
dell’immagine è legato al differente
assorbimento delle radiazioni nel pezzo in
funzione della variazione di spessore, dei
diversi costituenti chimici, di disuniformità
nella densità, della presenza di difetti o di
eventuali fenomeni di scattering
Pellicola
L’informazione ottenibile da un singolo
controllo radiografico è bidimensionale e,
come tale, deve essere integrata con altre
radiografie o con altri metodi volumetrici
affinché la discontinuità possa essere
completamente caratterizzata
Vista dall’alto della pellicola
= minore esposizione
= maggiore esposizione
Il Metodo Radiografico (RT)
Maggiore assorbimento
Minore assorbimento
Le radiazioni elettromagnetiche
Radiazione
Energia emessa da una sorgente che si propaga nello spazio:
a) sotto forma di onde elettromagnetiche continue
b) in pacchetti discreti di energia chiamati fotoni
Esempi di radiazione:
Luce visibile, onde radio, microonde, calore, raggi X
Tutti i tipi di radiazione vanno a costituire, nel loro insieme il
cosiddetto spettro elettromagnetico, del quale la luce visibile
costituisce una piccola porzione
Lo spettro elettromagnetico
Lo spettro elettromagnetico
Radiazioni ionizzanti
Le radiazioni si classificano in:
Ionizzanti: quando le onde elettromagnetiche (o i fotoni) possiedono
energia sufficiente a produrre ioni nella materia (raggi X, raggi gamma)
Non Ionizzanti: radiazioni che non possiedono energia sufficiente a
rimuovere elettroni fortemente legati al nucleo dalle loro orbite (microonde,
luce visibile)
L’unità di misura che si impiega per descrivere l’energia di una radiazione è
l’elettronVolt (eV)
1 eV rappresenta l’ammontare di energia guadagnata da un elettrone che
attraversa una differenza di potenziale pari a 1 Volt
1eV = 1,602 ⋅10 −19 J
Tipi di di radiazioni ionizzanti
α
I raggi α sono una forma di radiazione corpuscolare altamente ionizzante (cioè capace
di strappare elettroni agli atomi) e con un basso potere di penetrazione. Sono
tipicamente emessi dai nuclei radioattivi degli elementi pesanti, per esempio dagli
isotopi dell’uranio, del torio, del radio.
I raggi alfa, a causa della loro carica elettrica, interagiscono fortemente con la materia e
quindi possono viaggiare solo per pochi centimetri nell’aria. Le particelle alfa (anche se
molto ionizzanti) non possono superare strati di materia superiori a un foglio di carta.
Possono essere assorbite dagli strati più esterni della pelle umana e così generalmente
non sono pericolose per la vita a meno che la sorgente che le emette non venga inalata o
ingerita. In questo caso i danni sarebbero invece maggiori di quelli causati da qualunque
altro tipo di radiazione ionizzante, e se il dosaggio fosse abbastanza elevato
comparirebbero tutti i sintomi tipici dell’avvelenamento da radiazione.
I raggi β
β
sono una forma di radiazione ionizzante emessa da alcuni tipi di nuclei
radioattivi come il cobalto-60. Questo tipo di radiazione assume la forma di elettroni o
positroni ad alta energia, espulsi da un nucleo atomico. L’interazione delle particelle
beta con la materia ha generalmente un raggio d’azione dieci volte superiore, e un
potere ionizzante pari a un decimo rispetto all’interazione delle particelle alfa. Vengono
bloccate completamente da pochi millimetri di alluminio.
Tipi di di radiazioni ionizzanti
X
Scoperti casualmente durante esperimenti su tubi catodici. La loro
produzione è legata all’utilizzo di un dispositivo alimentato (tubo di
Coolidge o similari) che sia in grado di accelerare elettroni contro un
bersaglio.
γ
I raggi gamma sono una forma di radiazione elettromagnetica prodotta
dalla radioattività o da altri processi nucleari o subatomici. Uno
schermo per raggi gamma richiede una massa notevole. Per ridurre del
50% l’intensità di un raggio gamma occorrono 1 cm di piombo, 6 cm di
cemento o 9 cm di materiale pressato. Nonostante i raggi gamma siano
meno ionizzanti degli alfa e beta, occorrono schermi più spessi per la
protezione degli esseri umani.
Proprietà dei Raggi X e γ
• possono penetrare nella materia;
• sono assorbiti in maniera differenziale;
• si propagano in linea retta;
• producono
degli
effetti
fotochimici
sulle
emulsioni
fotografiche;
• ionizzano il gas attraversato;
• non sono deviati da campi elettrici e magnetici;
• la loro velocità di propagazione è uguale a quella della luce;
• possono liberare elettroni per effetto fotoelettrico;
• provocano la fluorescenza di alcune sostanze
Produzione dei raggi X
Le radiazioni X si producono ogniqualvolta una sostanza è
bombardata da elettroni ad alta velocità
In pratica i raggi X si ottengono da processi di conversione
dell’energia quando
1. Elettroni ad alta velocità sono bruscamente decelerati
quando passano interagiscono con “atomi bersaglio”
(Bremsstrahlung, Radiazione di frenamento)
2. Elettroni incidenti espellono elettroni delle orbite interne di
atomi bersaglio (Radiazione caratteristica)
Produzione dei raggi X
I raggi X presentano uno spettro misto costituito da due parti:
• uno spettro continuo, determinato dalla variazione continua di energia, dovuta alla
diminuzione di velocità che gli elettroni subiscono nell’attraversare il bersaglio
metallico
• uno spettro a bande (discontinuo), o spettro caratteristico, determinato dal rilascio di
energia da parte degli elettroni urtati del bersaglio che ritornano sull’orbita originaria.
Ad ogni riga corrisponde un preciso livello di energia associato al salto dell’ orbita.
• Lo spettro caratteristico dipende dal materiale
del bersaglio ed è importante sottolineare che la
sua energia è piccola se confrontata con quella
dello spettro continuo.
• L’intensità
dello
spettro
continuo
è
proporzionale al quadrato della tensione
secondo la relazione
I = K ⋅V
2
Breve storia della Radiografia
1895
W.C. Roentgen osserva la fluorescenza in alcuni cristalli disposti
in prossimità di un tubo catodico
1913
Coolidge realizza il primo tubo sottovuoto che consente di
raggiungere energie dell’ordine dei 100 kV
1931
L’ASME accetta il metodo radiografico quale strumento di
controllo dei recipienti in pressione.
Principi fisici del metodo
Supponiamo di avere un filo di materiale conduttore e di renderlo incandescente (per
effetto Joule) mediante il passaggio di una opportuna corrente.
Gli elettroni eccitati dall’ apporto di energia riescono a staccarsi dall’atomo e a
fuoriuscire dal conduttore. Se poniamo ad una certa distanza dal filo una piastrina di
metallo caricata positivamente gli elettroni fuoriusciti dal conduttore verranno attratti e
cadranno sulla piastrina con una velocità, e quindi con un energia, direttamente
proporzionale alla differenza di potenziale esistente tra conduttore e piastrina.
In altre parole maggiore è la differenza di potenziale più alta è l’energia degli
elettroni.
Quando un elettrone arriva sulla piastrina può urtare contro un elettrone di un atomo
del materiale oppure non urta altri elettroni, ma viene deviato passando nelle vicinanze
di un atomo.
In entrambi i casi, la maggior parte dell’energia liberata viene emessa sotto forma di
radiazione nell’intervallo dell’infrarosso come calore, mentre una piccola parte sotto
forma di onde elettromagnetiche a lunghezza d’onda ridotta e frequenza elevata
chiamate appunto raggi X
Principi fisici del metodo
1. Il tubo è un’ampolla di vetro nella quale è praticato
il vuoto spinto (la pressione interna è dell’ordine dei
10-2 MPa) e che contiene due elettrodi
Il catodo, o elettrodo negativo, è costituito da un
filamento di tungsteno avvolto a spirale (sorgente di
elettroni) e da una cupola di concentrazione (schermo
focalizzante)
All’estremità opposta si trova l’ anodo (elettrodo
positivo) che è realizzato usualmente con una
placchetta di tungsteno. Questa rappresenta il
bersaglio metallico
2. Il filamento di tungsteno, riscaldato fino
all’incandescenza da una corrente di debole intensità
alimentata da un piccolo trasformatore, emette un
fascio di elettroni che viene focalizzato dalla cupola di
concentrazione verso l’anodo.
Anodo di Tungsteno
Fascio di elettroni
Catodo
Braccio catodico
Braccio anodico
Raggi X
3 Gli elettroni liberati dal filamento sono successivamente attratti
verso il bersaglio e l’emissione dei raggi X è dovuta
all’interazione tra gli elettroni (i cosiddetti raggi catodici) con gli
atomi dell’anodo
4 Il passaggio verso l’esterno del tubo è assicurato da “finestre”
metalliche realizzate con sottili fogli di berillio od alluminio
Il Tubo di Coolidge
Energia della radiazione
Lo spettro continuo dei raggi X può essere
modificato
attraverso
due
parametri
fondamentali:
la corrente con la quale viene prodotto il fascio
elettronico per effetto termoionico
la tensione di alimentazione imposta tra catodo e
anodo che determina l’accelerazione degli elettroni.
Aumentare la corrente del filamento provoca
un aumento della emissione di elettroni dal
filamento stesso e quindi un aumento di
intensità della radiazione prodotta che non ha
influenza sull’energia della stessa.
Aumentare la tensione del tubo significa
aumentare la differenza di potenziale esistente
tra catodo e anodo, e quindi agire sul campo
elettrico che spinge gli elettroni sull’anodo. Ciò
si traduce in un aumento dell’energia della
radiazione X prodotta.
Zona a basso spessore
Bassa Energia
Alta Energia
Energia della radiazione
La figura mostra la curva di intensità per quanto
riguarda lo spettro continuo dei raggi X.
La curva (a) è stata ottenuta con bassa corrente
mentre la (b) è ottenuta con una corrente più
elevata mantenendo costante la tensione di
alimentazione.
Il punto di intersezione di ciascuna curva con
l’asse delle lunghezze d’onda è chiamato “limite
inferiore di lunghezza d’onda” (λmin), questo
valore è completamente determinato dalla tensione
di alimentazione del tubo.
Aumentando la corrente del tubo radiogeno si
ha l’effetto di aumentare l’intensità massima dei
raggi X ma non la loro energia, la quale è
inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda.
L’intensità massima si ha infatti per lo stesso
valore della lunghezza d’onda λmax, e il limite
inferiore di lunghezza d’onda è rimasto invariato.
Energia della radiazione
• Quindi, per aumentare l’energia dei raggi
X, e quindi la loro capacità di penetrare la
materia, è necessario aumentare la tensione
di alimentazione tra catodo e anodo, cioè la
tensione del tubo. In figura è mostrato come
varia l’emissione in funzione della tensione di
alimentazione.
• All’aumentare
della
tensione
di
alimentazione da 50 a 200 kV si riduce il
limite inferiore di lunghezza d’onda ed anche
il valore di λ per cui si ha la massima
intensità di radiazioni.
• I raggi X di lunghezza d’onda minima sono
prodotti dagli elettroni aventi velocità
massima o massima energia.
I Raggi γ
I raggi γ sono radiazioni elettromagnetiche emesse
dalla disintegrazione di un isotopo radioattivo
• Un isotopo possiede un nucleo instabile che non ha
energia
sufficiente
a
mantenersi
unito
La
disintegrazione spontanea di un nucleo atomico
origina un rilascio di energia e materia (decadimento
radioattivo)
• Dal punto di vista dell’impiego radiologico, le
sorgenti γ più impiegate sono il Cobalto (Co-60),
l’Iridio (Ir-192), il Cesio (Cs-173), l’itterbio e il tulio.
• A seconda della sostanza impiegata, si possono
testare spessori di materiale estremamente variabili;
per esempio le radiazioni originate dal cobalto
possono penetrare una lastra di acciaio di spessore
oltre 200 mm.
I Raggi γ
• La maggior parte degli isotopi radioattivi
impiegati nei controlli industriali viene prodotta
artificialmente mediante un processo di
attivazione a partire da elementi stabili
• La tecnica dell’attivazione neutronica consiste
sostanzialmente nell’esposizione del campione
contenente l’elemento stabile ad un flusso di
neutroni (generalmente provenienti da un
reattore nucleare) per un tempo prefissato
I Raggi γ
•A differenza dei raggi X, prodotti da una
sorgente alimentata, la produzione di raggi
gamma non può essere interrotta.
• I radioisotopi sono dunque incapsulati per
prevenire la contaminazione ambientale
• La capsula radioattiva è attaccata ad un cavo
per costituire il cosiddetto “pigtail”
• Il Pigtail possiede uno speciale connettore
ad una estremità che lo collega ad un sistema
di movimentazione.
I Raggi γ
Per conservare, trasportare ed esporre il pigtail contenente il materiale
radioattivo si impiega un dispositivo speciale pesantemente schermato
I Raggi γ
I Raggi γ
I principali vantaggi dell’impiego di sorgenti a raggi γ
sono:
• ridotte dimensioni della sorgente, che è compatta e facile
da trasportare
• elevata penetrazione delle radiazioni se comparata con le
sorgenti a raggi X di uso industriale,
• prezzo relativamente basso rispetto ad alcune
apparecchiature a raggi X,
• non è necessaria alcuna sorgente di elettricità,
• radiazione monocromatica
• il contrasto abbastanza tenue dell’immagine permette
ad un grande dominio di spessori di materiale di essere
radiografati in una sola esposizione e sulla stessa pellicola.
Svantaggi derivanti dall’impiego di sorgenti a raggi γ:
• Impossibilità di controllare i parametri di emissione
(on/off)
• Immagini poco contrastate
• Significativi problemi di sicurezza
I Raggi γ
Schema della Procedura Radiografica
Dalla sorgente ha origine un fascio di
radiazione divergente che attraversa il
provino, ne viene differentemente assorbito
(in funzione delle sue caratteristiche fisicochimiche) e finisce per impressionare una
pellicola
sensibile,
uno
schermo
fluorescente, un convertitore fotonico
(scintillatore).
L’immagine che si ottiene (in scala di grigi)
deve essere successivamente interpretata
per valutare la presenza di discontinuità
che producono livelli diversi di densità
dell’immagine in funzione delle loro
caratteristiche.
Schema della Procedura Radiografica
La relazione esistente tra la direzione del fascio
incidente e le caratteristiche geometriche delle
discontinuità rappresenta un fattore estremamente
critico ai fini della caratterizzazione radiografica di un
componente
È
possibile
osservare
come
difettosità
apparentemente simili nella tipologia (cricche orientate
perpendicolarmente tra loro) sono rappresentate da
immagini estremamente diverse tra loro; infatti la
discontinuità orientate parallelamente alla direzione di
propagazione del fascio appaiono nettamente più
distinguibili
rispetto
a
quelle
orientate
perpendicolarmente
Il fenomeno grazie al quale i raggi X producono
un’immagine variamente contrastata è quello
dell’attenuazione, che avviene a seguito di fenomeni di
scattering e di assorbimento
Schema della Procedura Radiografica
0o
10o
20o
Importanza del contrasto nell’immagine
Raggi X 150 kV
Raggi γ Ir-192
Fattori critici per l’esame radiografico
Esame visivo preliminare dell’oggetto.
È importante analizzare ad occhio nudo l’oggetto da testare per decidere l’orientamento
della direzione di indagine sia sulla base della possibile collocazione dei difetti
all’interno del componente, e sia in relazione agli spessori che devono essere
attraversati dal fascio.
Energia dei raggi X
L’energia dei raggi X deve essere selezionata considerando la composizione
dell’oggetto, la lunghezza del percorso che il fascio deve attraversare e le eventuali
problematiche legate alla dispersione dei raggi.
Registrazione dell’immagine
L’immagine può essere osservata su uno schermo controllato in remoto o su pellicola in
unione con opportuni schermi luminosi.
Interpretazione delle radiografie
Il risultato finale di una radiografia è una proiezione che non offre alcuna informazione
relativamente alla profondità dei difetti nel pezzo.
Assorbimento e Scattering nella Materia
Effetto Fotoelettrico
L’assorbimento fotoelettrico avviene quando un fotone dei raggi X di
bassa energia (≈ 0,5 MeV) collidendo con un atomo trasferisce tutta la
sua energia ad un elettrone e, se tale energia raggiunge un certo livello di
soglia, l’elettrone è espulso e liberato dalla forza di attrazione del nucleo.
Questo fenomeno avviene per basse energie del fotone (il quale viene
completamente assorbito) e per elevati livelli di numero atomico
dell’atomo.
Effetto Compton
L’effetto Compton, noto anche come “scattering incoerente”, avviene
quando un fotone con energia superiore alla soglia necessaria alla
liberazione di un elettrone, collide con un atomo; della sua energia, parte
viene usata per espellere un elettrone dell’orbitale più esterno, e parte
prosegue sotto forma di fotone avente però energia inferiore e direzione
di propagazione diversa rispetto al fotone incidente.
Produzione di coppie
La produzione di coppie si verifica quando un fotone ad elevata energia
(superiore a 1,2 MeV) collidendo con un atomo viene completamente
assorbito e al suo posto si formano un elettrone ed un positrone. Il
positrone ha una vita brevissima; esso svanisce con la formazione di due
fotoni aventi energia pari a 0,5 MeV ciascuno.
Leggi di attenuazione
Si può dimostrare che un fascio omogeneo di raggi X di intensità I0, nell’attraversare un
spessore di materiale ∆x, subisce un’attenuazione di intensità ∆I, che è proporzionale
all’intensità del fascio incidente e allo spessore del materiale
∆I = − µ ∗ I ∗ ∆x
I = I 0 ∗ e (− µ∗x)
Questa relazione esprime la legge fondamentale sull’assorbimento di un fascio omogeneo di
raggi X o raggi gamma.
La costante di proporzionalità µ è definita coefficiente di assorbimento lineare e si esprime in
cm-1.
Questo parametro esprime, in sostanza, la frazione di energia assorbita per cm di materiale
attraversato, ed il suo valore numerico dipende dalla lunghezza d’onda della radiazione incidente
e dal tipo di materiale attraversato.
Leggi di attenuazione
Nella pratica, però, può risultare più conveniente riferire i fenomeni di assorbimento
alle caratteristiche di densità del materiale
Il coefficiente di assorbimento per unità di massa dipende, infatti sia dal materiale sia
dal suo stato fisico e questo spiega perché, ad esempio, l’intensità dei raggi X non
diminuisce allo stesso modo quando questi attraversano uno spessore unitario di
vapore acqueo o di acqua allo stato liquido.
Tuttavia, quando si prende in considerazione la densità dei due l’assorbimento per
unità di massa risulta essere lo stesso e dunque la frazione di raggi X assorbita per una
data quantità d’acqua è la stessa, sia che essa si trovi sotto forma di ghiaccio, di acqua
di vapore
Assorbimento e Scattering
Il coefficiente di assorbimento che è misurato dal rivelatore risulta essere composto da due
parti: un termine legato all’assorbimento vero e proprio e un termine causato dalla dispersione.
1. L’assorbimento vero e proprio è caratterizzato dalla scomparsa di un quanto di energia e dal trasferimento
di essa agli elettroni del materiale attraversato
2. La radiazione dispersa (scattering) è, invece, caratterizzata da una variazione di direzione rispetto al
fascio incidente, e da un’energia minore
Lo scattering (dispersione) è il fenomeno in seguito al quale una parte raggi emergenti dal
corpo assorbente (dopo averlo attraversato) seguono delle direzioni diverse rispetto al fascio
incidente. Questa radiazione è definita anche radiazione diffusa.
Durante l’esposizione ai raggi X o γ, la pellicola radiografica è colpita dalla frazione di radiazioni
che hanno attraversato il pezzo in esame (che non sono state assorbite) e dalla radiazione di
scattering.
A seconda dello spessore del materiale, dei difetti presenti o della presenza di eventuali inclusioni
di materiale a diverso coefficiente di assorbimento, le radiazioni subiscono un differente livello di
attenuazione e, quando infine vanno ad incidere sulla pellicola, la impressionano in maniera
differenziata con diverse densità di annerimento.
Registrazione delle Immagini
Le tecniche di rappresentazione dei risultati di un’indagine
radiografica possono essere classificate come segue:
• Radiografia su pellicola (Film Radiography)
• Radiografia Computerizzata (Computed Radiography)
• Radiografia in tempo reale (Real-Time Radiography)
• Radiografia Digitale Diretta (Direct Radiography)
Registrazione delle Immagini
Nella
pratica
industriale, la
pellicola
radiografica è di gran lunga il sistema più
impiegato
Nel metodo fotografico, la radiazione X
modifica le caratteristiche dell’emulsione
fotografica allo stesso modo in cui la luce nelle
lunghezze d’onda del visibile rende possibile la
realizzazione di fotografie.
Le pellicole per radiografie a raggi X sono
formate da una base di materiale trasparente
(acetato di cellulosa) uniformemente rivestita sui
due lati con un’emulsione gelatinosa di bromuro
d’argento. Il bromuro d’argento si trova sotto
forma di piccoli cristalli ed è disposto
uniformemente all’interno della gelatina. Lo
spessore di ciascuno strato è circa 0,025 mm.
Registrazione delle Immagini
Quando i raggi X o γ incidono sull’emulsione,
ha luogo una reazione chimica nei cristalli del
bromuro d’argento con una energia che è
proporzionale all’intensità della radiazione
incidente e al tempo di esposizione
Il risultato di tali modificazioni chimiche è
latente sulla pellicola e, affinché possa essere
osservato, è necessario trattare la stessa con una
soluzione chimica chiamata rivelatore
Il rivelatore ha un’azione riduttrice nei
confronti del bromuro d’argento, che consiste
nel prelevare il bromuro dai cristalli esposti del
bromuro d’argento, e depositare atomi di argento
nero
sulla
gelatina.
La
concentrazione
dell’argento metallico nero, per unità di
superficie dell’emulsione, dipende dal tempo
di esposizione e dunque, in definitiva, è il fattore
che determina la densità della pellicola.
Registrazione delle Immagini
Impressione
della pellicola
Rivelatore
(sviluppo)
Metolo-idrochinone
Arresto
(Acido Acetico)
Fissatore
(Iposolfito di sodio)
Lavaggio
Essiccatura
Le pellicole
Per le radiografie vengono utilizzati
diversi tipi di pellicole che differiscono per
la loro velocità (rapidità di esposizione,
ISO), il contrasto e la dimensione dei grani.
Nonostante la differenza di qualità tra le
radiazioni delle sorgenti a raggi X e le
sorgenti a raggi gamma, per entrambi i
casi si impiegano gli stessi tipi di pellicole.
Ciascun tipo di pellicola è caratterizzato
da una curva densitometrica che
rappresenta graficamente il grado di
annerimento
ottenibile
al
variare
dell’esposizione cui la pellicola è soggetta.
I Densitometri
Il densitometro è lo strumento atto alla
misura della densità della pellicola che aiuta il
tecnico a stabilire se i limiti di densità sono
rispettati
I densitometri ottici prendono anche il nome
di “strisce densitometriche” e si compongono di
varie bande di grigio corrispondenti a densità
note: la densità incognita della pellicola viene
determinata per confronto visivo diretto con le varie
bande.
Questo metodo consente stime di densità
sufficientemente precise anche se, ovviamente,
occorre tenere presente i limiti dell’apparato
visivo umano.
Radiografia Digitale
Nella Radiografia Computerizzata (Computed Radiography (CR)) al posto
della pellicola si impiega una speciale lastra sensibile (composta da uno strato
di fosfori) riutilizzabile che viene esposta seguendo esattamente la stessa
procedura del film tradizionale
Radiografia Digitale
I raggi X che hanno attraversato il pezzo, eccitano i fosfori della lastra e tale
cambiamento si imprime in modo stabile.
CR Phosphor Screen Structure
X-Rays
Protective Layer
Phosphor Layer
Phosphor Grains
Substrate
Radiografia Digitale
La lastra viene letta da una stazione dotata di PC e apposito scanner e poi
cancellata (sempre per via elettronica)
Radiografia Digitale
Mentre il laser scansiona la lastra, si origina un’emissione luminosa dalle zone colpite
dai raggi X che è proporzionale all’energia accumulata durante la fase di esposizione.
La radiazione luminosa è letta da un fotomoltiplicatore (rivelatore elettronico di luce
estremamente sensibile nell'ultravioletto, in luce visibile e nel vicino infrarosso) e
convertita in informazione binaria da un convertitore A/D
Scanner ottico
Tubo Fotomoltiplicatore
Fascio Laser
A/D
Converter
Lastra
110010010010110
Motore
Radiografia Digitale
Le immagini sono inviate ad una workstation per l’editing
l’analisi e l’archiviazione finale
Radiografia digitale diretta
• Nella Radiografia Digitale Diretta, la
pellicola è sostituita da uno speciale
pannello piatto
• Il pannello lavora convertendo la
radiazione incidente in cariche elettriche
• All’interno del pannello sono ospitati
minuscoli condensatori che si caricano in
funzione del’intensità della radiazione
incidente
• Il segnale elettrico è convertito in
immagine digitale
La formazione dell’immagine radiografica
L’intensità dei raggi X decresce con il
quadrato della distanza come accade, del resto,
per tutti gli altri tipi di onde elettromagnetiche
Il fascio emesso (divergente) investe i
differenti
piani
che
lo
intersecano
perpendicolarmente secondo aree
di
dimensione progressivamente crescente nelle
quali l’intensità rilevata in un singolo punto
diminuisce
Questa legge è valida solo se la dimensione
della sorgente è piccola confrontata con la
distanza sorgente-oggetto (nella maggior parte
delle applicazioni pratiche > 50 mm)
La penombra geometrica
La penombra (unsharpness), si definisce
come l’incapacità di riprodurre fedelmente i
bordi di un dato oggetto.
Lo stesso termine viene anche usato per
indicare la distanza minima che può essere
risolta da un dato sistema radiografico.
La penombra dipende dalle dimensioni della
macchia focale, e dalle distanze sorgenteoggetto e oggetto-pellicola
Penombra
d
Ug = F ∗
D
La penombra geometrica
d
Ug = F ∗
D
La penombra geometrica
Casi particolari:
Pellicola e oggetto a contatto (d=0): la penombra è trascurabile
Distanza tra pellicola e oggetto molto grande: si ha ingrandimento
Contrasto e definizione
Il contrasto può essere definito come la differenza di densità che si
registra nella pellicola, in seguito all’esistenza di una variazione di spessore
o di densità del pezzo radiografato. Questo parametro risulta essere
particolarmente critico ai fini della bontà del controllo radiografico, infatti un
difetto può essere individuato nell’immagine radiografica proprio a causa del
contrasto tra la densità della sua immagine e la densità del materiale
circostante. Più questa differenza è rilevante più facile diventa rintracciare il
difetto all’interno del pezzo.
Mentre per “contrasto” si intende la differenza di densità tra due zone
contigue della radiografia, con il termine “definizione” radiografica si esprime
la rapidità con la quale avviene tale passaggio. Ottenere un’elevata
definizione vuol dire, in sostanza, poter distinguere in modo nitido i bordi del
pezzo o i contorni di eventuali discontinuità mentre, quando la definizione è
scarsa, l’immagine appare velata e poco leggibile.
Contrasto e definizione
Sensibilità
La sensibilità radiografica esprime convenzionalmente la minima differenza di
spessore del materiale in esame che è possibile rilevare sull’immagine finale,
valutata nella direzione del fascio primario. In sostanza, questo parametro ha un
diretto riscontro nella nitidezza con la quale la radiografia è capace di evidenziare le
discontinuità nel pezzo radiografato.
La valutazione pratica della sensibilità radiografica viene effettuata mediante
l’impiego dei cosiddetti “penetrametri” o “Indicatori della Qualità dell’Immagine”
(IQI), che commercialmente sono realizzati secondo tipologie differenti con materiali
che possono essere omogenei rispetto al pezzo da testare o radiologicamente simili.
Quanti gradini riesco a visualizzare?
Qualità dell’Immagine
Gli Indicatori di Qualità dell’Immagine
La tipologia più diffusa è quella degli IQI
a fili, che sono costituiti da una serie di sette
fili (Fe-Al-Cu-Ti etc.) di diametro diverso, in
funzione delle caratteristiche del test da
eseguire, pressati su un supporto di plastica
(vedi figura, diametri da 0.25 a 0.81 mm)
La sensibilità radiografica (percentuale) è
calcolata come rapporto tra il diametro del
filo più sottile visibile sulla radiografia e lo
spessore del pezzo radiografato.
Questo tipo di penetrametro viene posto
generalmente a cavallo della zona di
interesse che deve essere radiografata.
Gli Indicatori di Qualità dell’Immagine
Un altro tipo di penetrametro molto
utilizzato è quello “a fori” che è
sostanzialmente realizzato da una piastrina
di spessore “T” (che rappresenta una certa
percentuale dello spessore del pezzo da
radiografare) sulla quale si eseguono tre fori
di diametro T, 2T, 4T.
In questo caso la sensibilità si valuta sulla
base del diametro del foro che risulta più
visibile sull’immagine radiografica.
Gli Indicatori di Qualità dell’Immagine
Quando viene fatta una radiografia i penetrametri a
piastra forata sono generalmente posti sulla superficie
rivolta alla sorgente di radiazioni in prossimità della
regione che deve essere radiografata. Se ciò dovesse
risultare difficoltoso (o addirittura impossibile) i
penetrametri possono essere posti sulla pellicola.
Se il profilo del penetrametro è visibile sulla
radiografia e lo spessore del penetrametro è, per
esempio, il 2% dello spessore del provino, la sensibilità
radiografica è almeno del 2%.
L’immagine dei fori o dei fili fornisce un’indicazione
sulla chiarezza con la quale un difetto sarà visibile sulla
radiografia
Il penetrametro può essere pensato come un difetto
artificiale di cui siano note a priori tutte le caratteristiche
quantitative e qualitative.
Alcuni esempi
Alcuni esempi
Alcuni esempi
Alcuni esempi
Alcuni esempi