Marek Dobrowolski

 

Rozwój nieniszczących metod radiacyjnych i ich zastosowań -aktualne tendencje

 

 

1. Wstęp

Określenie "metody radiacyjne" nie występuje w ogólnie przyjętej klasyfikacji badań nieniszczących. Używane jest czasem, gdy mówimy o wszelkich metodach i technikach badań nieniszczących wykorzystujących promieniowanie jonizujące. Tak więc określenie to obejmuje przede wszystkim radiografię przemysłową (do której zaliczana jest zwyczajowo radioskopia i pewne techniki radiometryczne ) ale również penetranty radioaktywne (Kr-85), znaczniki promieniotwórcze do badań szczelności, skaning radiometryczny aparatów i urządzeń, aktywację cienkich warstw do monitoringu zużycia części maszyn i korozji, dyfrakcję X i neutronów do pomiaru naprężeń i charakteryzacji struktury, anihilacje pozytronów do badań płynięcia materiałów i inne techniki.
Obecna konferencja poświęcona jest wprawdzie radiografii, ale specjaliści z tej branży są grupą pracowników najczęściej stykającą się z różnymi, nie tylko radiograficznymi zastosowaniami promieniowania do badań materiałów. Stąd też pomysł by przedstawić w tym referacie nieco szerszy przegląd technik radiacyjnych nie ograniczony jedynie do radiografii. Przegląd tendencji rozwojowych w dziedzinie nieniszczących badań radiacyjnych rozpoczęto od technik najprostszych, aczkolwiek mało na naszym rynku rozpowszechnionych. Przedstawiono następnie niektóre z rozwiniętych technologii badań, wymagające kosztownej aparatury i oprzyrządowania. Przegląd zakończono wybranymi przykładami "radiografii wirtualnej", bo tak nazwano różne symulacje komputerowe. Informacje zawarte w niniejszym referacie pochodzą z abstraktów konferencji "Przegląd rozwoju ilościowych metod nieniszczących" (Kanada, lipiec 1999), z konferencji Francuskiej Konfederacji Badań Nieniszczących (COFREND, Nante 1997), z bieżących czasopism NDT oraz zawiera elementy własnych doświadczeń autora.

1. Ogólne tendencje

Ogólne tendencje w radiografii są od lat dobrze znane:

• mechanizacja badań radiograficznych
  
• zastępowanie radiografii na błonie układami radioskopowymi, wszędzie gdzie jest to możliwe
  
• stosowanie techniki cyfrowej do obróbki obrazów radiograficznych, ich interpretacji i archiwizacji
  
• skracanie cyklu badań radiograficznych (radiografia w czasie rzeczywistym oraz "instant" - natychmiastowa)
  
• zastępowanie i uzupełnianie procesów radiograficznych symulacjami komputerowymi
  
• zwiększanie wykrywalności, podwyższanie prawdopodobieństwa wykrycia nieciągłości (POD) i zmniejszanie stopnia niepewności pomiarów radiograficznych.
  
  

2. Radiografia tangensowa

Mimo sporych kosztów badań radiograficznych, klasyczna radiografia tangensowa stosowana jest chętnie i z dobrymi rezultatami do określania ubytków korozyjnych i erozyjnych (kolana) oraz osadów i innych zanieczyszczeń oraz luźnych części w rurociągach i zamkniętych zbiornikach, zwłaszcza izolowanych ale również pracujących bez izolacji [1].
(2 folie + radiogram z badań rurociągu odsalania wody oraz inne własne radiogramy) Technika jest dobrze znana lecz nie ma dokumentów normalizacyjnych w tym zakresie. Wytyczne wykonywania takich badań opracowane są przez dużych użytkowników lub jednostki świadczące usługi dla dużych koncernów, przede wszystkim naftowych. Stosowana jest digitalizacja radiogramów kamerami TV i automatyczna ocena ubytków grubości ścianek [2], jak również przenośne systemy radioskopowe do wykrywania i oceny, w czasie rzeczywistym, zewnętrznych ubytków korozyjnych rur pod izolacją, zwłaszcza w strefach wpływu ciepła spoin obwodowych [3].

Ze względu na to, że radiografia tangensowa na błonie nie wymaga, w swej podstawowej wersji, żadnych inwestycji i jest dostępna dla każdego właściwie, najbardziej skromnego laboratorium, temat ten jest przedmiotem programu badawczego koordynowanego przez MAEA, w którym biorą udział laboratoria badań nieniszczących z rozwijających się krajów Afryki, Azji i Ameryki Łacińskiej. Celem tych prac jest opracowanie projektu normy ISO na temat radiograficznej kontroli korozji rur oraz wymiana doświadczeń obejmująca wzajemną (w regionach) wymianę próbek [4].
Radiografia utrzymuje swe miejsce w zakresie badań korozji rur izolowanych ze względu aa stosunkowo prostą technikę badania i interpretację wskazań, mimo że istnieje szereg metod konkurencyjnych, opartych o rozwinięte technologie badań nieniszczących. Na przykład: UT - ( fale Lamba, creeping head wave), UT - przetworniki elektro-magnetyczne EMAT, metody elektromagnetyczne: ACFM (alternating current field measurement) i ucieczki pola magnetycznego MFL (magnetic flux leakage), metody prądów wirowych "zdalnego pola" (remote field) i impulsowa, wreszcie metoda elektryczna "field signature method" [5]. Radiografia tangensowa stosowana jest do kontroli grubości, warstw, rozwarstwień oraz luzów między warstwami (<50um) w wielowarstwowych ściankach elementów używanych w najnowszej technice rakietowej, nuklearnej i lotniczej. Stosowane są specjalne programy komputerowe do polepszenia jakości obrazu radiograficznego i dokładniejszego pomiaru szczelin [6].
Nota bene w raporcie z badań wielowarstwowych zbiorników lotniczych doniesiono o zauważonym fenomenie "rentgenowodów", to znaczy prowadzenia fotonów rentgenowskich po zakrzywionych trajektoriach przez cienkie warstwy kauczuku z proszkowym wypełniaczem umieszczonym między dwoma warstwami cienkiego aluminium [7].

3. Gamma skaning

Kontynuując omawianie stosunkowo prostych ale wciąż rozwijanych technik radiacyjnych należy przypomnieć o pomiarach radiometrycznych osłabiania promieniowania przez instalacje, zbiorniki, kolumny i inne aparaty, wykonywanych zwykle źródłami gamma (Ir-192, Cs-137 , Co-60), z czego wzięła się angielska nazwa tej techniki.
Celem tych pomiarów jest wykrywanie i lokalizacja zakłóceń procesów technologicznych, których przyczynami mogą być nieprawidłowy rozkład przepływającego i obrabianego
medium (osady, zatory) lub/i uszkodzenia wewnętrznej konstrukcji ciągów technologicznych. Mając zapisany "profil radiometryczny" nowego i sprawnego urządzenia, wykonany skolimowanym źródłem promieniowania i detektorem(ami) poruszającymi się po obu stronach urządzenia, można, w razie kłopotów, określić stosunkowo łatwo miejsce i źródło zakłóceń / uszkodzeń, bez zdejmowania izolacji i otwierania instalacji, w ruchu. Diagnostyka taka wykonywana jest również w celach prewencyjnych, w okresach wyznaczonych w programie kontroli eksploatacyjnej. Przy wczesnym wykryciu i zlokalizowaniu zakłóceń, działania "uzdrawiające" mogą być podjęte nawet bez przerywania procesu. Gamma skaning jest stosunkowo popularną techniką inspekcyjną w przemysłach naftowym i chemicznym, zwłaszcza w krajach azjatyckich, gdzie realizowany był wieloletni program współpracy technicznej z MAEA na ten temat.

4. Mechanizacja badań radiograficznych

Przedstawione poniżej 3 systemy radioskopowe (Rys. 1) przeznaczone są do zmechanizowanych badań spoin obwodowych rurociągów.
Są to:

a) system do badań przez dwie ścianki (pod wodą) z detektorem płaskim
b) system do badań przez jedną ścianę (źródło promieniowania X w środku rury) z detektorem płaskim
c) system do badania przez dwie ścianki z detektorem liniowym

Rys. 1. Systemy radioskopowe do kontroli spoin obwodowych rur

Ad. a) Aparatura stosowana jest do badań spoin podwodnych [8] znajdujących się na głębokości do 300 m. Zbudowana została by zastąpić badania gammagraficzne, wykonywane dotychczas przez 2 nurków w specjalnej komorze wysokociśnieniowej. Czas klasycznego badania jednej spoiny obwodowej pod wodą wynosił od 3 do 18 godzin. W czasie każdej ekspozycji ( minimum 3 ) personel musiał być ewakuowany z komory spawania i kontroli. Na cały czas badania należało zapewnić obsługę stacji podwodnej przez specjalistyczne jednostki na powierzchni. System radioskopii cyfrowej (źródło promieniowania X, 225 kV i detektor o średnicy 150 mm) obraca się automatyczne wokół rury (wzdłuż spoiny) i jest sterowany programem zainstalowanym w otoczeniu Windows 3.11; wszystkie operacje są sterowane myszką z pulpitu komputera pokładowego.

Ad. b). Urządzenie do radioskopii cyfrowej, łącznie ze skaningiem UT (technikami echa i TOFD) oraz systemem kontroli powierzchni wewnętrznej laserem, został zbudowany do szybkiej kontroli jakości spoin obwodowych rur ze stali X65, (|> 500 x 25 mm, wykonywanych na platformie "off-shore". Rury zanurzane są na dużej głębokości i służą jako cięgna kotwiące platformę do dna morskiego (16 rurowych cięgien) [9]. Czas przeznaczony na wykonanie i zbadanie każdej ze spoin wynosił 20 min. Ze względu na odpowiedzialność konstrukcji i wykonywanie badań w podwyższonych temperaturach, po spawaniu (80-130°C), cały system kontrolny poddany był surowemu procesowi walidacji, m.in. przez badania porównawcze z użyciem błony. Trzeba jednak pamiętać, że jest to system stacjonarny, w którym badane spoiny dostarczane są do urządzenia badawczego a nie na odwrót, jak przy kontroli rurociągów.

Ad. c). W trzecim z opisywanych systemów [10] zastosowano liniowy detektor o wysokiej rozdzielczości równej 50um, przy 2048 pikseli w linii. Podobnie jak w pierwszym systemie (a), źródłem promieniowania jest aparat rentgenowski 225 kV obracany wraz detektorem wokół rury i rejestrujący, linia po linii, obraz spoiny. Każda strefa (linia) badana jest przy prostopadłym ułożeniu źródła wobec detektora; nie występuje więc rzutowanie ukośne jak przy radiografii na błonie. Wiązka promieniowania i detektor są ściśle skolimowane / osłonięte, co zmniejsza wpływ promieniowania rozproszonego. System ten, według jego autorów, pozwolił osiągnąć jakość obrazu podobną jak przy użyciu błony. Stosowane było również skanowanie pod różnymi kątami (m.in. równolegle do ścianki rowka) co znacznie podwyższyło POD nieciągłości płaskich, takich jak pęknięcia i przyklejenia (braki wtopu). Zastosowanie algorytmów "tomosyntezy" i "tomografii płaszczyznowej", znacznie wzbogaciło możliwości interpretacji obrazu.
Warto w tym miejscu wspomnieć o zacierającej się granicy pomiędzy opisanymi powyżej systemami radiograficznymi a wszelkiego rodzaju radiacyjnymi miernikami grubości, gęstości wilgotności itp. Do niedawna wykonywały one z reguły pomiary punktowe, wzdłuż jednej linii. . Z wprowadzeniem detektorów liniowych o dużej rozdzielczości, stosowane są coraz częściej mierniki izotopowe czy rentgenowskie 2D (radioactive gauges 2D, nuclar control system), a to już powoduje zacieranie się różnic między miernikiem 2D a radiografią. To samo można powiedzieć o nowoczesnych miernikach 3D gęstości objętościowej różnych mas, w których to rozwiązaniach stosowane są elementy tomografii.

Opisane tu techniki wcale nie oznaczają "wyrugowania" błony radiograficznej jako detektora ze zmechanizowanych systemów radiograficznych. Firma SATPEM zrealizowała wspólnie z Australijczykami [11] zdalnie sterowane, podwodne urządzenie nazwane Mini-Pipemate, które usuwa z rurociągu warstwę obciążającego betonu (grubość ok. l cala), czyści dokładnie spoinę metodą strumieniową, a następnie przeprowadza badanie radiograficzne stanu podwodnych połączeń spawanych korzystając z magazynka błon typu Agfa vacupack. Parametry badania są następujące: wymiary badanych rur <))324xl2,7 i <|>114x12,7 mm; źródło Ir-192, 3x3mm oraz lxlmm; błona o średniej czułości wg. ASTM E94-klasa 2; stosowano 5 błon o wymiarach 8"xlO" i 10"x 4", odpowiednio do średnicy rury; czas badania mniejszej rury wynosił ok. 30 min.; deklarowana dokładność pomiaru grubości rury wynosiła 0,5ą0'25mm. Zaletą opisanej techniki mają być niezbyt wygórowane wymagania co do pozycjonowania zdalnie sterowanego urządzenia, w porównaniu do systemów ultradźwiękowych.

Radiografia bezpośrednia ("direct") i natychmiastowa ("instant")

Radiografią "bezpośrednią" zostało nazwane zastosowanie detektora w postaci warstwy bezpostaciowego selenu, przetwarzającego fotony X w ładunki elektryczne, które mogą być zbierane i rejestrowane przez układ tranzystorowy w formie cienkiej warstwy amorficznego krzemu. Nazwa "bezpośrednia" radiografia wynika z faktu, że pomijany jest etap przetwarzania promieni X w światło i dopiero po tym w sygnał elektryczny. Dzięki ominięciu pośredniej transformacji świetlnej, uzyskano bardzo wysoką, podobną do błony funkcję przekazu modulacji i czułość kontrastową. Warstwa bezpostaciowego selenu o wymiarach 14"xl7" (ok. 355 x 430 mm) zawiera 7,9 milionów pikseli o wymiarze 139 mikronów. Według autorów tego opracowania [12], jest to w tej chwili najlepszy detektor w postaci płaskiego panela z dostępnych na rynku. Podano charakterystykę jakości obrazu "bezpośredniego" i porównanie z detektorami "pośrednimi" i błoną radiograficzną. Nowy detektor pozwala osiągnąć jakość obrazu porównywalną z błoną, od której jest znacznie szybszy.
Znane już od dłuższego czasu systemy radiografii natychmiastowej, wykorzystują różnego rodzaju papiery radiograficzne, np. system IC Agfa Geavert, oraz materiały termo obrabialne i inne, których wywoływanie trwa zwykle kilka sekund. Jakość "natychmiastowych" radiogramów jest zwykle nieco gorsza od tych wykonanych na błonie, lecz szybkość obróbki i łatwość demonstracji obrazów radiograficznych w świetle odbitym, bez negatoskopu, w wielu przypadkach jest czynnikiem decydującym. Dochodziła do tego jeszcze kilkakrotnie niższa cena papieru radiograficznego w stosunku do klasycznej błony, ze względu na mniejszą zawartość srebra. Stąd w Rosji i na Ukrainie zwano te techniki " nisko srebrową radiografią".
Typowymi, bardzo efektywnymi zastosowaniami radiografii natychmiastowej jest szkolenie spawaczy, korekta technologii odlewania, wstępna lokalizacja miejsc korozji wżerowej, kontrola montażu, luźnych części, obecności wody w miejscach trudnodostępnych, itp. Materiały natychmiastowe są zwykle kilka razy szybsze od błony. Tak więc gorszą od błony jakość obrazu można w dużym stopniu poprawić stosując znacznie niższą energię promieniowania a zachowując podobny czas ekspozycji.
(demonstracja radiogramów natychmiastowych, porównanie z błoną folie z instrukcjami badań techniką radiografii papierowej)

6. Radiografia 3D

Radiografia trójwymiarowa znana jest już od bardzo dawna i w najprostszej wersji realizowana jest poprzez jednoczesną obserwację dwu radiogramów, lub przez przesunięcie źródła promieniowania i rejestracji dwu obrazów na jednej błonie.
Przykładem prostej radiografii 3D może być uwieńczona sukcesem próba wykrywania pęknięć zmęczeniowych przesłoniętych na radiogramie ciemną indykacją braku przetopu, z którego się rozwijały. Na dodatkowych radiogramach wykonanych pod kątem 8-10° stosunkowo łatwo dało się zauważyć pęknięcia biorące początek z wierzchołka (dna) braku przetopu [13] i określić ich przybliżoną głębokość.

Znane są prace zwane "tomografią na błonie", gdzie dzięki cyfrowej obróbce kilku lub kilkunastu radiogramów tej samej strefy (spoiny), wykonanych w precyzyjnie ustalanych układach geometrycznych, dokonywana jest rekonstrukcja 3D i wymiarowanie wad płaskich. Do rekonstrukcji 3D obrazów pęknięcia przy użyciu ograniczonej ilości radiogramów zastosowano technikę opartą o przekształcenia Bayesowskie [15]. W praktyce często spotykamy się z sytuacją, że wysoki stopień niepewności interpretacji radiograficznej zagraża
dyskwalifikacją całego, często trudnego badania. Powodem tego może być niewystarczająca ilość ekspozycji i brak optymalnego radiogramu z dobrze widocznym pęknięciem (którego pozycja, przed badaniem, nie jest przecież znana), zakrycie obrazu pęknięcia przez inną nieciągłość taką jak brak przetopu lub podtopienie (o czym była mowa powyżej). W omawianej pracy, dzięki wielostopniowej rekonstrukcji obrazu pęknięcia słabo widocznego na kilku radiogramach i przesłoniętego brakiem przetopu w spoinie rury stalowej 168 x 8 mm, uzyskano w końcu akceptowalny stopień niepewności pomiaru radiograficznego.
Rozwinięte systemy mikro-tomo-radiografii komputerowej posługując się specjalnymi programami wizualizacji 3D pozwalają uzyskać rozdzielczość przestrzenną tysiąc razy wyższą niż w typowych tomografach medycznych [14]. Stosowane są źródła promieniowania X o ognisku 6-8 mikronów , chłodzone kamery CCD posiadające rozdzielczość 1024x1024/12 bitów, połączone światłowodami z detektorem scyntylacyjnym. Obserwowane są szczegóły o wymiarach 2-3 mikronów.

7. Badania kompleksowe

Radiografia rentgenowska, neutronografia i techniki ultradźwiękowo-laserowe stosowane były wspólnie do określania stopnia korozji elementów samolotowych [17]. Przedmiotem badań była korozja stopu Al 2024 objawiająca się w postaci łuszczących się rozwarstwień. Wyniki badań potwierdziły komplementarność tych trzech metod, z których każda dostarcza specyficznych informacji, potwierdzając jednocześnie, w pewnym zakresie, wskazania uzyskane inną techniką. Radiografia X jest bardzo czułą metodą dającą dobry, ogólny pogląd o stopniu korozji, jest jednak mało czuła na uszkodzenia typu "rozwarstwienia korozyjne blach". Neutronografia zapewnia dobrą wykrywalność produktów korozji bogatych w związki wodoru. Techniki generowania i detekcji ultradźwięków przez laser, pozwalają uniknąć kłopotów związanych ze stosowaniem ośrodka sprzęgającego i są wygodne przy badaniu przedmiotów o złożonym kształcie. W omawianej pracy potwierdzono w praktyce, że odpowiednią wiarygodność wyników diagnostyki nieniszczącej może zapewnić poprzez kompleksowe zastosowanie wymienionych trzech technik badania. Główne parametry badań radiograficznych były następujące: RX 160 kV/40 mA; generator neutronów zapewniający strumień neutronów rzędu 10 n s"1 cm"2 na powierzchni 300 x 400 mm. Prototyp systemu laserowo - ultradźwiękowego nazwany LUIS (Laser Ultrasonic Inspection System) zawierał generator (laser COi) i detektor ( laser ND:YAG) ultradźwięków. Generacja ultradźwięków polegała na gwałtownym ogrzaniu powierzchni i wywołaniu odkształceń , naprężeń i fali ultradźwiękowej, zaś detekcję zapewniał laser współpracujący z interferometrem Fabry-Perot. Badaniom podlegał kadłub samolotu typu Transall.

Metoda aktywacji cienkich warstw znajduje zastosowanie do niesłychanie czułych pomiarów in-line zużycia gładzi i pierścieni silników spalinowych, elementów przekładni i innych mechanizmów oraz do monitoringu ubytków korozyjnych w dużych instalacjach. Czułość metody wynika z bardzo wysokiego gradientu aktywności właściwej warstw powierzchniowych, aktywowanych przy pomocy akceleratorów.

Aktywowane są całe wybrane strefy krytycznych elementów instalacji lub małe wkładki umieszczane w miejscach szczególnie narażonych na ubytki korozyjne. Aktywacja przyspieszaczem jest prostsza niż umieszczanie aktywowanych elementów w reaktorze jądrowym. Bardzo niska aktywność całkowita aktywowanych elementów i małe, w związku z
tym, zagrożenie promieniowaniem, wysoka czułość oraz łatwość zainstalowania wielopunktowego monitoringu stanowią o wartości tej stosunkowo nowej metody badań. Wykorzystywana jest ona m.in. w koncernach samochodowych Mercedes i Volkswagen i w dużych kompleksach przemysłu naftowego, zwłaszcza w Nowej Zelandii i Australii. Przy monitoringu korozji metoda ta jest stosowana łącznie z klasycznymi pomiarami ultradźwiękowymi grubości ścianek narażonych na silne procesy korozyjne i erozyjne (kolana).
Radiografia warstwowa znajduje zastosowanie do badań cienkich i o stosunkowo dużej powierzchni elementów elektronicznych, gdzie trudno jest zastosować metody rekonstrukcji obrazu uszkodzeń metodami mikrotomografii. Omawiany system mikroradiografii warstwowej [18] (microlaminography) pozwolił na uzyskanie rozdzielczości przestrzennej rzędu 10 um i wizualizację, warstwa po warstwie, powierzchni 5x5 mm dowolnie wybranej na badanym obiekcie o wymiarach 150 x 150 mm. Skok między badanymi warstwami może być regulowany w zakresie od lOum do 2,5 mm a typowy czas skanowania wynosił 20 - 90 sekund. Stosowano źródło promieniowania o wymiarze ogniska równym 8um i czasie "życia" większym od 10000 godzin , wzmacniacz obrazu o wysokiej rozdzielczości oraz bardzo szybki komputer z procesorem Pentium i monitorem 18,1" z wieloma systemami synchronizacji i płaskim kineskopem. Oprogramowanie umożliwia prowadzenie badań warstwa po warstwie i zapewnia trójwymiarową wizualizację struktury badanego obiektu. Głównymi zastosowaniami tego systemu są: badania chipów elektronicznych, mikro mechanizmów (zegarki), wielowarstwowych obwodów drukowanych itp. Ścieżki obwodów drukowanych badane są również metodą dyfrakcji X pozwalającą mierzyć naprężenia w bardzo cienkich warstwach elementów elektronicznych [19]. Pomiary te mają duże znaczenie dla producentów odpowiedzialnych systemów elektronicznych, gdyż pękanie mikroskopijnych ścieżek w wyniku obciążeń cieplnych i naprężeń własnych powstałych w procesie produkcji jest jedną z poważniejszych przyczyn awarii tych elementów i całych systemów. Pomiary taki stały się możliwe dzięki daleko posuniętej miniaturyzacji źródeł promieniowania X i detektorów pozycjo czułych o wysokiej rozdzielczości oraz bogatego oprogramowania.
Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest radiografia w promieniowaniu rozproszonym umożliwiająca rozróżnianie materiałów o niemal identycznej gęstości i strukturze, jak np. narkotyków przemycanych w nadziewanej czekoladzie, materiałów wybuchowych w przedmiotach z tworzyw sztucznych i opakowaniach papierowych (np. zabójcze przesyłki listowe i paczki). Stosowana może być razem z klasyczną kontrolą radiograficzną przesyłek, dla której podane powyżej konfiguracje materiałów są bardzo trudne do wykrycia.

8. Radiografia wirtualna

Mówiąc o radiografii wirtualnej, autor miał na myśli wszelkiego rodzaju komputerowe modelowanie i symulację procesu radiograficznego lub jego elementów.

Symulacyjne programy szkoleniowe i egzaminacyjne[20]

Programy takie oferowane są dla wszystkich metod NDT, w tym dla radiografii. Radiograficzne programy edukacyjne ilustrują osłabienie / przenikanie promieniowania przez absorbent, rozproszenie, powstawanie nieostrości wewnętrznej i geometrycznej, budowę błony i działanie fotonów X i gamma na emulsję, efekty oddziaływania promieniowania z materią, działanie okładek wzmacniających, kontrast, wreszcie źródła niepewności pomiarów
radiograficznych i czynniki wpływające na prawdopodobieństwo wykrycia nieciągłości (POD) i powstanie fałszywych wskazań (PFW) - słowem na wiarygodność badań radiograficznych. Stopień symulacji jest różny. Bywają programy które demonstrują cały złożony system wzajemnych zależności między poszczególnymi parametrami badania, np. wpływ energii promieniowania na zdolność jego przenikania i kontrast, to samo w funkcji gęstości materiału, różne aspekty ostrości i rozdzielczości obrazu radiograficznego, itp. Programy symulacyjno - szkoleniowe pozwalają nie tylko usprawniać proces szkolenia ale nawet przeprowadzać egzaminy "praktyczne" w warunkach wirtualnej rzeczywistości, na zasadach podobnych do gier komputerowych (np. "przypadkowi" przechodnie pojawiający się w strefie ograniczonego czasu przebywania, zacinający się defektoskop, zmienna temperatura wywoływacza i mnę niespodzianki). Pozytywny wynik egzaminu - "wygraną" można uzyskać pod warunkiem prawidłowego doboru wielu parametrów, wykonania kolejnych powiązanych ze sobą zadań i prawidłowych reakcji na sytuacje "nieprzewidziane". Programy symulacyjno szkoleniowe pojawiły się najwcześniej chyba w ultradźwiękach pozwalając tworzyć "wirtualne" próbki przez egzaminatorów, co uniemożliwia "szeptany przekaz informacji o cechach charakterystycznych próbek egzaminacyjnych oraz pozwala zaoszczędzić na kosztownych próbkach.

Opracowanie i sprawdzanie technologii badań i systemów radiograficznych

Oprogramowanie SINDBAD [21] służy do symulacji całego procesu radiograficznego. Wykorzystywane jest przy projektowaniu systemów NDT i przy szacunkach wykrywalności określonych nieciągłości. Biorąc pod uwagę, że rozdzielczość metody radiograficznej jest podstawowym czynnikiem przy szacowaniu wykrywalności wad, opracowano moduł symulujący nieostrość obrazu oparty na funkcji przeniesienia modulacji (MFL - Modulation Transfer Function). Układ symulacyjny był utworzony z modeli MFL opracowanych dla poszczególnych elementów systemu radiograficznego, takich jak źródło promieniowania X i detektor. Syntetyczny obraz radiograficzny otrzymywany jest stosując splot funkcji MFL. Oprogramowanie podlegało walidacji droga predykcji wyników badań prostych przedmiotów i porównania z wynikami badań rzeczywistych. Korelacja była zadawalająca.
Oprogramowanie nazwane "moderato", symulujące cały proces radiograficzny, opracowano dla konsorcjum francuskiego EDF [23], celem dostarczenia obiektywnych dowodów poprawności i skuteczności okresowych badań radiograficznych integralności rurociągów siłowni jądrowych wykonywanych źródłami Ir-192 i Co-60. Nieciągłości odlewanych kolan i spoin są opisywane w systemie CAD, detektorem jest błona z okładkami wzmacniającymi. Model obliczeniowy jest mikroskopowy i opiera się na symulacji metodą Monte-Carlo, tak więc analizuje zachowanie się każdego fotonu po kolei. Podczas ewaluacji można obserwować rozmycie obrazu wynikające z rozpraszania fotonów w badanym przedmiocie, mierzone następnie na radiogramach próbnych. Otrzymane obrazy komputerowe są poprawne i wykorzystywane są do dalszej obróbki wyników badań i trójwymiarowej rekonstrukcji 3D.
Określanie maksymalnych rozmiarów strefy badanej w przedmiotach o skomplikowanym kształcie (np. odlewy), z zachowaniem na krańcach strefy akceptowalnego poziomu wykrywalności, jest przedmiotem oprogramowania symulacyjnego umożliwiającego predykcję prawdopodobieństwa wykrycia określonych nieciągłości w odpowiednim miejscu przedmiotu badanego[24]. Odpowiednie algorytmy umożliwiają utworzenie struktury ziarnistej 3D i umieszczanie w niej, w odpowiednim miejscu, defektów o określonej wielkości i morfologii. Dla każdej nieciągłości generowany jest obraz i określany jego kontrast. Skomplikowane, rzeczywiste kształty badanych obiektów (odlewy) utrudniają
stosowanie symulacji ze względu na ograniczoną pamięć komputerów, zarówno RAM jak i kart graficznych. Z tego względu opracowano procedurę umożliwiającą zagęszczanie siatki ziaren tylko w wybranych strefach symulowanego obiektu. Program generuje trójwymiarową mapę POD, dla wybranego lub kilku kierunków badania.

Literatura

1. Materiały z regionalnego seminarium MAEA na temat zastosowania izotopów, Dżedah, Arabia Saudyjska,
   1993
   
2. SIRAC, Francja - dokumentacja cyfrowego systemu interpretacji radiogramów tangensowych
3. RTD, Holandia - prospekty urządzenia radioskopowego
   
4. MAEA - dokumentacja koordynowanego programu badawczego CRP - CORDEP 96
5. J. Rudlin - Review of existing and possible techniąues for corrosion under insulation and wali thickness
   measurement in steel pressure containments", Insight, June 1997
6. E. Helies, C.Thiery, C.Gondard, L. Paradis - Mesures de jeux faibles par radiographie tangentielle :
   modelisation de la chaine de mesure et utilisation d'un algorithme de recuit simule, Konferencja COFREND
   1997
   
7. publikacja rosyjska na kongresie NDT w Sao P aulo
   
8. A. Blettner et all. - Radioscopie de soudures en milieu hyperbare, Konferencja COFREND, 1997
9. A. M. Porcari - Development and testing of an innovative construction method for TLP tendons - results of
   NDE system experimental tests, Insight, June 1997
10. U. Ewert, B. Redmer, J. Muller - Mechanized weld inspection for detection of planar defects and depth
    measurement by tomosynthesis and planartomography, Review of Progress in Quantitative NDE, July 99,
    Canada
    
11. D. S. Cox - Subsea flooded member radiography, Insight, June 1997
12. P.K.Soltani, D.A.Wysnewski - Amorphous Selenium Direct Radiography for Industrial Imaging, Review
    of Progress in Quantitative NDE, July 99, Canada
13. A. Jędrzejowski, Z. Jaszczuk - Raport wewnętrzny IEA
    
14. A. Sasov - High Resolution X-Ray Micro-CT, Review of Progress in Quantitative NDE, July 99, Canada
15. V.Vengrinovich and all. - Bayesian Restoration of Cracks fcnages in Welds from Incomplete and Noisy
    X-Ray Data , Review of Progress in Quantitative NDE, July 99, Canada
16. P. Willems (Agfa) and all. - Applicability of computer radiography for corrosion and wali thickness
    measurements, Insight, Oct. 1999
17. J.P. Dupuis et all - Les ultrasons laser et la neutronographie industrielle : des methodes CND ayant leur
    place en maintenance aeronautiąue , Konferencja COFREND, 1997
18. A. Sasov et all. - Microlaminography for High Resolution BGA and Flip-Chip Inspection, Review of...,
    Canada, July 1999
19. K. Kozaczek - informacje ustne
20. ASNT - Katalog 1999
21. A Koenig et all. - Radiographs Simulation Using System MTF, Review of Progress in Quantitative NDE,
    July 99, Canada
22. Feyzi Inanc - New Development in the X-ray Scattering Simulation,, Review of Progress in Quantitative
    NDE, July 99, Canada
23. A. Bonin, B. Lavayssiere - Moderato: A Monte-Carlo Radiographie Simulation, Review of Progress in
    Quantitative NDE, July 99, Canada
24. Y. Chen, J. Gray - Development of X-ray POD Meshing Algorithm of use with X-ray Radiographie
    Simulation, Review of Progress hi Quantitative NDE, July 99, Canada