Компьютерная радиография с использованием флуоресцентных запоминающих пластин, что это такое?
Источник - статья А. А. Майорова опубликованная в журнале «В мире НК» № 3(25). 2004.
Другие статьи на тему цифровой радиографии можно посмотреть в разделе Статьи.
Метод компьютерной радиографии основан на использовании способности некоторых люминофоров накапливать скрытое изображение, которое формиру¬ется в кристаллах, когда электроны, об¬разующиеся в них в результате облучения рентгеновским или гамма-излучением, захватываются на энергетические уров¬ни и остаются на них в течение длительно¬го времени. Из этого состояния они могут быть выведены возбуждением лазерным пучком (упрощенная зонная диаграмма процесса приведена на рис. 1)
Рис. 1. Образование скрытого изображения на флуоресцентной запоминающей пластине под действием рентгеновского или гамма-излучения (концентрация электронов на уровнях пропор¬циональна интенсивности излучения)
Посколь¬ку считывание информации, записанной на флуоресцентную запоминающую пла¬стину, возможно лишь с использованием современной компьютерной техники, этот вид записи получил название компьютер¬ной, или цифровой радиографии.
История вопроса
Свойства люминесцентных запоминающих составов известны уже давно, однако, первый коммерческий сканер (основной элемент системы компьютерной радиографии) был разработан и выпущен компанией Fuji в 1983 г. С тех пор различными фирмами (AGFA, Kodak и др.) было выпущено несколько моделей сканеров. Важный шаг был сделан в 1998 - 2000 гг., когда фирмами Orex и ICR были выпущены настольные варианты систем для компьютерной радиографии.
Куда записываем информацию?
В компьютерной радиографии для получения изображения вместо пленки применяется специальная пластина многократного пользования. Кассеты с такими пластинами имеют типовые для рентгеновской пленки размеры 18x24, 18x30, 24x30 и 35x43 см. Возможна также резка пластин, т. е. считывание и других размеров. Как уже указывалось, для запоминания изображений в пластине использован слой с фотостимулируемой памятью - сложное химическое соединение.
Как записываем информацию?
Под действием рентгеновского или гамма-излучения электроны внутри «флуоресцентных» кристаллов возбуждаются и переходят в квазистабильное состояние. Специальный считыватель сканирует экспонированную пластину лазерным пучком (рис. 2).
Рис. 2. Схема процесса сканирования запо¬минающей пластины и получения цифрового изображения: / -лазер; 2-оптика формиро¬вания пучка; 3 - зеркало; 4 - фотоумножитель; 5 - фильтр; 6 - оптика сбора света люминесцен¬ции; 7 - запоминающая пластина
При этом электроны высвобождаются из ловушки, что сопровождается эмиссией видимого света, длина волны которого отличается от длины волны излучения сканирующего лазера. Этот свет собирается фотоприемником и конвертируется в цифровой сигнал, преобразуемый в цифровое изображение.
Принцип действия цифровой радиографии
- Кассета с запоминающей пластиной экспонируется аналогично пленке, т.е. располагается за объектом. Пластина гибкая и может экспонироваться и без кассеты, если в этом есть необходимость. Загрузка и выгрузка пластины из кассеты (при использовании ручной загрузки) производится на свету, т. е. специальной темной комнаты не требуется. Поскольку чувствительность пластины существенно выше, чем у пленки, время экспозиции пластины в 5 - 10 раз меньше, что существенно уменьшает дозовую нагрузку на персонал.
- После экспонирования пластина загружается в сканер. При использовании сканеров с ручной загрузкой пластина вынимается из кассеты (если она экспонировалась в кассете) и помещается в сканер. В случае использования сканера с автоматической загрузкой пластина загружается в сканер только в кассете.
- Производится считывание изображения (время считывания, несколько десятков секунд, зависит от установленного пространственного разрешения).
- Считанное сканером изображение архивируется, обрабатывается, в том числе с использованием программ поиска дефектов, делается заключение и производится распечатка протокола контроля.
- После считывания информация стирается с пластины, и пластина вновь готова к работе.
Какое получаем изображение?
Все параметры прибора оптимизированы таким образом, чтобы получить изображение, эквивалентное получаемому на пленке соответствующего типа. Однако в отличие от пленки это изображение может быть улучшено, отмасштабировано, архивировано, растиражировано и за несколько секунд направлено по электронной почте в любое место без потери качества.
Сколько это стоит?
Хотя предлагаемое оборудование пока еще является не дешевым, оценку его окупаемости надо производить, учитывая, что при его использовании отпадает необходимость в рентгеновской пленке, оборудовании для проявки, сушки, помещениях, персонале и т. д.
Стандартизация Российских стандартов по компьютерной радиографии пока не существует. Однако существуют европейские и американские стандарты, ре гламентирующие деятельность в области компьютерной радиографии:
- СЕМ 138 N 540 94: Промышленная компьютерная радиография с фосфорными запоминающими пластинами. Часть 1: Классификация систем;
- СЕN 138 N 541 95: Часть 2: Общие принципы контроля металлических материалов с использованием рентгеновского и гамма-излучения;
- А5ТМ Е2007: Стандарт по компьютер ной радиологии (метод фотостимулированной люминесценции);
- А5ТМ Е2033: Стандарт по практическому использованию компьютерной радиологии (метод фотостимулированной люминесценции).
Преимущества цифровой радиографии:
- быстрота получения информации;
- исключается «мокрая» технология обработки пленки;
- дозы облучения существенно меньше необходимых для экспонирования обычной пленки (при сравнительно низких энергиях для получения изображения одинакового качества, например в случае пленки АСРА 07, напряжение
на трубке можно уменьшить на 30 %, а время экспозиции - в 10 раз; - благодаря более широкому, чем у пленки динамическому диапазону появляется возможность исследовать и контролировать детали более сложной формы с большей толщиной;
- пластина для записи является многоразовой, допускается экспонирование до 30 тыс. раз;
- имеется возможность архивирования информации в компьютере на различных носителях, делать необходимое количество идентичных копий, использовать электронную почту для передачи информации; время хранения лазерного диска без потери информации составляет не менее 30 лет;
- прямое получение цифровых изображений позволяет отказаться от оборудования для оцифровки рентгеновских пленок;
- уже сейчас достижимое пространственное разрешение при считывании составляет 10 пар линий/мм, что позволяет получать изображения чрезвычайно высокого качества.
Недостатки цифровой радиографии:
- радиографическое качество применяемых сейчас запоминающих пластин примерно соответствует крупнозернистой высокочувствительной пленке 07, что ограничивает сферу применения обсуждаемой техники; однако недостаток этот следует считать временным, поскольку уже разработаны [3] и скоро начнут выпускаться пластины, соответствующие по радиографическому качеству пленкам 04/05.
- чувствительность контроля, полученная при испытаниях систем компьютерной радиографии в различных лабораториях составляет 1,6 % и имеет тенденцию к некоторому ухудшению при более высоких энергиях; выпуск нового поколения запоминающих пластин, адаптированных к задачам промышленного НК (сейчас используются пластины, применяемые в медицине) решает и эту проблему;
- при увеличении энергии рентгенов ского излучения имеется тенденция к увеличению времени экспозиции (хотяоно все равно существенно меньше необходимого для экспозиции пленки).
Вывод
Среди средств НК появилась новая, мощная, быстро развивающаяся технология. Это свершившийся факт, существование которого игнорировать уже невозможно. От того, насколько быстро и правильно мы сумеем адаптироваться к нему, зависит будущее промышленного рентгеновского неразрушающего контроля и наше в нем будущее.