Transcript power point

การถ่ายภาพด้วยรังสีนิวตรอน
Neutron Radiography
ที่ปรึ กษาโครงงาน
อาจารย์วิเชียร รตนธงชัย
พี่ศริ นรัตน์ วงษ์ลี (พี่กงุ้ )
คุณสมบัติของรังสีนิวตรอน
นิวตรอนเป็ นอนุภาคทีไ่ ม่ มีประจุ
มีมวล 1.008665 amu หรือ 1.6749x10-27 กิโลกรัม
นิวตรอนใช้ สัญลักษณ์ แทนด้ วย 01 n
สามารถทะลุผ่านธาตุทมี่ ีอะตอมสู งได้ แต่ จะถูกดูดกลืนด้ วย
สารประกอบไฮโดรคาร์ บอน
การถ่ายภาพด้วยรังสีนิวตรอน
เป็ นการถ่ า ยภาพเพื่อ ศึ ก ษาโครงสร้ างภายในของวั ต ถุ
ตัวอย่ าง
โดยใช้ Thermal Neutron ที่มีระดับพลังงาน 0.01 – 0.1
eV ซึ่งมีแหล่ งกาเนิดจากจากเครื่องปฏิกรณ์ ปรมาณูวิจัย
และใช้ ท่ อ บั ง คับ รั ง สี นิ ว ตรอนออกจากแกนของเครื่ อ ง
ปฏิกรณ์ ปรมาณูวจิ ยั ไปยังชิ้นงานทีต่ ้ องการถ่ายภาพ
การถ่ า ยภาพด้ ว ยวิ ธี นี้ เ ป็ นการถ่ า ยภาพโดยไม่ ท าลาย
ชิ้นงาน
การถ่ายภาพด้วยรังสีนิวตรอน (ต่อ)
รังสี ทผี่ ่ านชิ้นงานตัวอย่ างจะมีความเข้ มเปลีย่ นแปลงไปตาม
ลักษณะของชิ้นงาน
วัตถุตวั อย่ างทีด่ ูดกลืนรังสี มากฟิ ล์ มจะจาง ส่ วนวัตถุตวั อย่ างที่
ดูดรังสี น้อยฟิ ล์ มจะมืด
สามารถให้ รายละเอียดของชิ้นงานทีม่ ีส่วนประกอบของธาตุเบา
บางชนิดได้ ดกี ว่ าการถ่ ายภาพด้ วยรังสี เอ็กซ์
ภาพแสดงท่อนานิวตรอนสาหรับ
ถ่ายภาพ
ภาพเปรียบเทียบความหนาของวัสดุ
ที่ดูดกลืนรังสีนว
ิ ตรอนได้เท่ากัน
ฉากเปลี่ยนนิวตรอน
(Neutron Converter Screen)
อุปกรณ์บนั ทึกภาพ เช่น ฟิ ล์มรังสี เอ็กซ์ไม่ไวต่อลารังสี นิวตรอน
การถ่ายภาพจึงต้องใช้ฉากเปลี่ยนนิวตรอน เพื่อให้เกิดภาพขึ้นบน
ฟิ ล์ม
ฉากเปลี่ยนนิวตรอนเป็ นวัสดุที่สามารถให้รังสี ที่ทาปฏิกิริยากับ
ฟิ ล์มที่บนั ทึกภาพได้หลังจากการดูดกลืนนิวตรอน
รังสี ที่ให้ออกมาจะขึ้นกับชนิดของฉาก
ฉากเปลี่ยนนิวตรอนที่ใช้ในการทดลองมี 2 แบบ คือ Gadolinium
กับ Dysprosium
ฉากเปลี่ยนนิวตรอน
(Neutron Converter Screen) (ต่อ)
วัสดุที่ใช้ในการทาฉากเปลี่ยนนิวตรอนเป็ นธาตุ หรื อ
สารประกอบที่มีสมั ประสิ ทธิ์ ในการดูดกลืนนิวตรอนสูง
ฉากเปลีย่ นนิวตรอน
ครอสเซคชั่น(b)
รังสี
ครึ่งชีวติ
Gadolinium
254000
e-
prompt
Dysprosium
800

2.3 hour
อุปกรณ์บน
ั ทึกภาพในการถ่ายภาพ
ด้วยรังสีนว
ิ ตรอน
1. ฟิล์ม
- KODAK MX-125
- KODAK AA-400
2. อิมเมจจิงเพลต
- FUJIFILM BAS-ND 2040 20x40 cm.
การถ่ายภาพด้วยรังสีนว
ิ ตรอนแบบใช้ฟล
ิ ์ม
การถ่ ายโดยวิธีตรง (Direct Method)
การถ่ ายโดยวิธีถ่ายทอด (Transfer Method)
เทคนิคการถ่ ายภาพด้ วยวิธีตรง (Direct Method)
เทคนิคการถ่ ายภาพด้ วยวิธีตรง
(Direct Method) (ต่ อ)
บรรจุฟิล์ มและแผ่ น Converter Screen (Gadolinium) ลงไป
ใน Cassette
นาวัตถุตวั อย่ างติดไว้ บน Cassette ด้ วย โดยให้ วตั ถุตัวอย่ าง
อยู่ตดิ กับฟิ ล์ ม
ทาการฉายรังสี
จากนั้นนาฟิ ล์ มทีไ่ ด้ ไปล้ าง แล้ ววิเคราะห์ ผลการทดลอง
ขั้นตอนในการล้ าง Film มีดงั นี้
เป็ นกระบวนการ reduce เงินโบรไมด์ ทถี่ ูก
รังสี ให้ เป็ นโลหะเงินซึ่งมีสีดา ใช้ เวลา 5 นาที
Developing
เป็ นกระบวนการทาให้ สารละลาย
Developer ทีต
่ กค้ างอยู่ให้ เป็ นกลางโดย ใช้ นา้ ไหลผ่ าน
film ใช้ เวลา 3 นาที
Stop Bath
ขั้นตอนในการล้ าง Film มีดงั นี้
เป็ นกระบวนการชะล้ างผลึกเงินโบรไมด์ ที่ไม่ ได้ ถูก
รังสี ออกจาก film โดยใช้ สารละลายเคมีทเี่ ป็ นกรด
นอกจากนี้ นา้ ยา Fixer และช่ วยทาให้ สารละลาย
Developer ทีต
่ กค้ างอยู่มีสภาพเป็ นกลาง ใช้ เวลา 5 นาที
Washing เป็ นการล้ างเอาสารละลายทีต
่ กค้ างอยู่ออกด้ วยนา้
Drying เป็ นการผึง่ film ให้ แห้ งในอากาศ
Fixing
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายตรง
ภาพ Hard
disk
ถ่ ายด้ วยเวลา 5 นาที
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายตรง
ภาพ Disk
drive
ถ่ ายด้ วยเวลา 4 นาที
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายตรง
ภาพ ใบไม้ ถ่ ายด้ วยเวลา 3 นาที
วิเคราะห์ ผลการทดลอง
การถ่ ายภาพโดย Direct method ทาได้ โดยให้ รังสี นิวตรอนผ่ าน
วัตถุตวั อย่ างโดยตรง แล้ วใช้ converter screen เป็ นตัวเปลีย่ น
รังสี นิวตรอนให้ กลายเป็ นอิเล็กตรอน เพือ่ ให้ อเิ ล็กตรอนไปทา
ปฏิกริ ิยากับ film
ภาพทีไ่ ด้ จะขึน้ อยู่กบั ระยะเวลาที่ใช้ ในการถ่ ายภาพ ชนิด ขนาด
และความหนาแน่ นของวัตถุตวั อย่ าง
จากการทดลองจะได้ ว่าภาพที่ใช้ เวลาการถ่ าย 4 นาทีและ 5 นาที
จะเห็นความชัดเจนของภาพมากกว่ าภาพที่ถ่ายด้ วยเวลา 3 นาที
เทคนิคการถ่ ายภาพโดยวิธีถ่ายทอด
(Transfer Method)
บรรจุแผ่ น Converter Screen (Dysprosium) ลงใน Cassette
เพียงอย่ างเดียว
ทาการฉายรังสี เหมือนกับเทคนิคการถ่ ายภาพโดยวิธีตรง
นาแผ่ น Converter Screen ที่ได้ ไปแปะลงบนฟิ ล์ มใน Cassette
อีกอัน แล้ วทิง้ ไว้ ตามเวลาทีก่ าหนด
นาฟิ ล์ มทีไ่ ด้ ไปล้ าง และสั งเกตผล
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Hard Diskโดยใช้ เวลาในการถ่ ายภาพ
20 นาที และใช้ เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 24 ชั่วโมง
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Disk disk โดยใช้ เวลาในการถ่ ายภาพ 1 ชั่วโมง และใช้
เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 20 นาที
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Disk disk โดยใช้ เวลาในการถ่ ายภาพ 1 ชั่วโมง และใช้
เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 24 ชั่วโมง หลังจาก Decay 20 นาที
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Disk Drive โดยใช้ เวลาการถ่ ายภาพ 30 นาที
และใช้ เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 30 นาที
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Disk Drive โดยใช้ เวลาการถ่ ายภาพ 30 นาที และ
ใช้ เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 24 นาที หลังจาก Decay 30 ชั่วโมง
ภาพทีไ่ ด้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Disk Drive โดยใช้ เวลาการถ่ ายภาพ 45 นาที และใช้
เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 1 ชั่วโมง
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยรังสี นิวตรอน
แบบใช้ ฟิล์ มโดยวิธีการถ่ ายทอด
แสดงการถ่ ายภาพ Disk Drive โดยใช้ เวลาการถ่ ายภาพ 45 นาที และใช้
เวลาในการแปะทิง้ ไว้ 24 ชั่วโมง หลังจาก Decay 1 ชั่วโมง
วิเคราะห์ ผลการทดลอง
สามารถทาได้ โดยให้ รังสี นิวตรอนผ่ านวัตถุตวั อย่ าง แล้วใช้
converter screen เป็ นตัวส่ งผ่ านรังสี ไปยังฟิ ล์ ม
ถ้ าทาการฉายรังสี เป็ นระยะเวลานาน ระยะเวลาในการแปะทิง้ ไว้
จะสั้ นกว่ าการฉายรังสี เป็ นเวลาสั้ นๆ
การถ่ ายภาพด้ วยวิธี Transfer ถึงจะใช้ เวลานานกว่ าแต่ จะให้ ภาพ
ทีม่ ีคุณภาพสู งกว่ าการถ่ ายแบบวิธี Direct เนื่องจากไม่ มีการ
ปนเปื้ อนของรังสี แกมมาในภาพ
วิเคราะห์ ผลการทดลอง (ต่ อ)
ระยะเวลาทีใ่ ช้ ในการ Decay จะมีผลต่ อความดาของภาพตาม
สมการทีว่ ่ า A  A0e t
ธาตุแต่ ละธาตุในวัตถุตวั อย่ างมีค่าสั มประสิ ทธิ์การดูดกลืน เวลา
ในการถ่ ายภาพและขนาดต่ างกันทาให้ ภาพทีไ่ ด้ ความมืดความ
สว่ างแตกต่ างกันไปโดยที่ ถ้ าธาตุดูดกลืนได้ ดี รังสีที่ผ่านไปยัง
ฟิ ล์ มจะมีน้อย ทาให้ ฟิ ล์ มมีความสว่ าง ถ้ าธาตุดูดกลืนได้ ต่า รังสี
ทีผ่ ่ านไปยังฟิ ล์ มจะมีมาก ทาให้ ฟิ ล์ มมีความมืด
การถ่ ายภาพด้ วยรังสี นิวตรอนแบบใช้ อมิ เมจจิงเพลต
Imaging Plate เป็ นวัสดุบันทึกภาพชนิดใหม่ คล้ ายกับฟิ ล์ มทีใ่ ช้
บันทึกภาพทีถ่ ่ ายด้ วยรังสี ทาจากวัสดุเรืองแสงทีส่ ามารถเก็บ
พลังงานของรังสี ทไี่ ด้ รับเอาไว้ แล้ วนามาสแกนด้ วยแสงเลเซอร์
มีความไวรังสี สูงกว่ าฟิ ล์ มมาก
ไม่ ต้องการกระบวนการล้ างฟิ ล์ ม
สามารถลบปริมาณรังสี ทตี่ กค้ างและนากลับมาใช้ ใหม่ ได้
เป็ นการรวมตัวบันทึกภาพและฉากเปลีย่ นนิวตรอนอยู่ในแผ่ น
เดียวกัน
เทคนิคการถ่ ายภาพโดยอิมเมจจิงเพลต
(Imaging Plate)
การถ่ ายโดยวิธีตรง (Direct Method)
การถ่ ายโดยวิธีถ่ายทอด (Transfer Method)
โครงสร้ างของแผ่ นอิมเมจจิงเพลต
โครงสร้ างของแผ่ นอิมเมจจิงเพลต
1.ชั้นแผ่ นฐาน (Support layer) ทาหน้ าที่เป็ นฐานของแผ่ น
หนา 2 มิลลิเมตร
2.ชั้นผลึกเรืองแสง (Photo-stimulable phosphor
layer) เป็ นสารแบเรี ยมฟลูออไรด์ โบร์ ไมด์ เจือยูโรเปี ยมผสม
สารยึดเกาะ ชั้นผลึกนีม้ ีความหนา 150-400 ไมโครเมตร
3.ชั้น Protective Layer ช่ วยป้องกันการกระทบกระเทือน
ของผลึกเรืองแสงจากกระบวนการบันทึกภาพและอ่ านภาพ
หนา 10 ไมโครเมตร
หลักการเกิดภาพบนอิมเมจจิงเพลต
เกิดจากการเปลีย่ นแปลงระดับพลังงาน เมื่อทาการฉายรังสี
ให้ กบั แผ่ นอิมเมจจิงเพลต จะส่ งผลให้ อเิ ล็กตรอนจาก
Valence Band เคลือ่ นไปยังชั้นสู งกว่ าคือ Conduction
Band แล้ วจะลดระดับพลังงานลงสู่ Trap และถูกกักไว้ ซึ่ง
นั้นก็คอื การเก็บบันทึกปริมาณรังสี
เทคนิคการถ่ ายภาพด้ วยวิธีตรง (Direct Method)
บรรจุแผ่ นเพลตใส่ ใน cassette และนาไปฉายรังสี ตามเวลาที่
กาหนด (ในการทดลองใช้ เวลา 10,20 วินาที)
สแกนแผ่ นเพลตด้ วยเครื่อง FUJIFILM BAS-2500
หลักการทางานของเครื่องอ่ านภาพจากอิมเมจจิงเพลต
ทางานคล้ ายเครื่องสแกน คือจะปล่ อยแสงเลเซอร์ ที่มีความ
ยาวคลืน่ ประมาณ 633 nm. ไปกระตุ้นอิเล็กตรอนทีอ่ ยู่ใน
Trap แล้ วปล่ อยแสงทีม
่ ีความยาวคลืน่ ประมาณ 390 nm.
จากนั้นจะมีตัว Photo cell บันทึกค่ าไว้ เวลาสแกนจะสแกน
ไปแต่ ละพิกเซล
หลักการทางานของเครื่องลบภาพรังสี
จะทาหน้ าที่ในการลบปริมาณรังสี ที่ตกค้ างอยู่บนแผ่ น
อิมเมจจิงเพลต ใช้ UV ที่มีพลังงานมากกว่ า e-Trap
ทาให้ e-Trap สามารถหลุดออกไปได้ แผ่ นอิมเมจจิง
เพลตที่ผ่านเครื่องลบภาพรังสี สามารถนากลับมาใช้ อกี
มากกว่ า 1,000 ครั้ง
เทคนิคการถ่ ายภาพด้ วยวิธีตรง (Direct
แสดงผลด้ วยเครื่องคอมพิวเตอร์
Method) (ต่ อ)
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยอิมเมจจิงเพลต
แสดงการถ่ ายภาพ Hard disk โดยใช้ แสดงการถ่ ายภาพ Hard disk โดยใช้
เวลาการถ่ าย 20 วินาที
เวลาการถ่ าย 10 วินาที
วิเคราะห์ ผลการทดลอง
แผ่ นเพลตมี sentivity สู ง ทาให้ ได้ ภาพที่มีความเข้ มมาก
ความดาของภาพทีไ่ ด้ ขนึ้ อยู่กบั เวลาทีใ่ ช้ ในการถ่ ายภาพ
ระยะเวลาทีใ่ ช้ ในการถ่ ายภาพสั้ น ทาให้ มีความเข้ มรังสี
(Activity) ตา่ จึงมีความปลอดภัยในการปฏิบัตงิ านสู ง
การถ่ ายภาพโดยวิธีถ่ายทอด
(Transfer Method)
บรรจุแผ่ น Dysprosium ใน cassette นาไปฉายรังสี เป็ น
เวลา 20 นาที
นาแผ่ น Dysprosium วางใน cassette ของเพลตทิง้ ไว้ เป็ น
เวลา 38 นาที
ทาซ้าตั้งแต่ ข้อแรกแต่ ทงิ้ ไว้ เป็ นเวลา 30 นาที
นาเพลตทีไ่ ด้ ไปสแกน และวิเคราะห์ ผลทีไ่ ด้
ภาพที่ได้ จากการถ่ ายด้ วยอิมเมจจิงเพลต
แสดงการถ่ ายภาพ Disk Drive โดยใช้
เวลาการถ่ ายภาพ 20นาที และใช้ เวลาในการ
แปะทิง้ ไว้ 38 นาที
แสดงการถ่ ายภาพ Disk Drive โดยใช้
เวลาการถ่ ายภาพ 20นาที และใช้ เวลาในการ
แปะทิง้ ไว้ 30 นาที
วิเคราะห์ ผลการทดลอง
ภาพทีไ่ ด้ มีความเข้ มมาก ทาให้ ไม่ สามารถมองเห็นรายละเอียด
ภายใน
ความเข้ มของภาพขึน้ อยู่กบั เวลาทีใ่ ช้ ในการ Transfer และค่ า
Activity เริ่มต้ น
ต้ องมีการคานวณเวลาใน Exposure ให้ เหมาะสม ภาพที่ได้ จงึ
จะมีความชัดเจน
สรุปผลการทดลอง
ในการถ่ ายภาพโดยวิธีการถ่ ายตรงซึ่งบันทึกภาพด้ วยฟิ ล์ มและ
อิมเมจจิงเพลตจะให้ ภาพทีม่ ีคุณภาพทีเ่ หมาะสมในเรื่องความ
คมชัด และรายละเอียดของภาพใกล้ เคียงกัน
การถ่ ายภาพด้ วยฟิ ล์ มจะใช้ เวลาในการถ่ ายภาพมากกว่ าการใช้
อิมเมจจิงเพลต เพือ่ ให้ ภาพทีไ่ ด้ มีความละเอียดใกล้เคียงกัน
สรุปผลการทดลอง (ต่ อ)
การถ่ ายภาพโดยวิธี Transfer จะให้ ภาพที่มีความคมชัด
มากกว่ าการถ่ ายภาพโดยวิธี Direct ทั้งแบบบันทึกด้ วยฟิ ล์ ม
และอิมเมจจิงเพลต เนื่องจากไม่ การปนเปื้ อนของรังสี แกมมา
เปรียบเทียบข้ อดีและข้ อเสี ยของฟิ ล์ มและอิมเมจจิงเพลต
อิมเมจจิงเพลต
ฟิ ล์ ม
1. ไม่ ต้องผ่ านกระบวนการล้ าง
ฟิ ล์ ม จึ ง ไ ม่ มี ส า ร เ ค มี
ปนเปื้ อนในกระบวนการ
2. ใช้ เวลาในการถ่ ายภาพสั้ น
เนื่องจากมีความไวรังสี สูง
3.สามารถใช้ งานกั น ทั่ ว ไปใน
ห้ องปฏิบัตงิ าน
1. ต้ อ งผ่ า นกระบวนการล้ า ง
ฟิ ล์ ม
2.ใช้ ระยะเวลาในการถ่ า ยภาพ
นาน
3. ต้ องปฏิบัติงานในห้ องมื ด
เท่ านั้น
เปรียบเทียบข้ อดีและข้ อเสี ยของฟิ ล์ มและอิมเมจจิงเพลต
5.สามารถลบข้ อมูลปริมาณรังสี
ทีต่ กค้ างอยู่ภายในแผ่ นได้ จึงนา
กลับมาใช้ ซ้าได้ อกี
6.ต้ องใช้ คอมพิวเตอร์ ในการ
ประมวลผลเท่ านั้น
7.ราคาต้ นทุนสู ง
5.ไม่ สามารถนากลับมาใช้ ใหม่
ได้
8.โครงสร้ างเปราะบางจึงมี
โอกาสแตกหักได้ ง่าย
8. โครงสร้ างทน ไม่ แตกหักง่ าย
6.สามารถดูได้ ด้วยตาเปล่ าโดย
ไม่ ต้องผ่ านเครื่องสแกน
7. ราคาต้ นทุนตา่
THE END
เปรียบเทียบข้ อดีและข้ อเสี ยของฟิ ล์ มและอิมเมจจิงเพลต
 อิมเมจจิงเพลตไม่ ต้องการกระบวนการล้ างฟิ ล์ มจึงไม่ มีการใช้
สารเคมีในกระบวนการ
 อิมเมจจิงเพลตมีความไวรังสี สูงกว่ าฟิ ล์ ม 20-100 เท่ า ทาให้
สามารถใช้ ต้นกาเนิดรังสี ที่มีความเข้ มรังสี (Activity) ต่าทา
ให้ มีความปลอดภัยในการปฏิบัตงิ านสู ง
 อิมเมจจิงเพลตไม่ ไวต่ อแสงสว่ างในช่ วงตอบสนองของสายตา
ที่มีความส่ องสว่ างระดับทีใ่ ช้ งานกันทั่วไปในห้ องปฏิบัตงิ าน
จึงไม่ ต้องปฏิบัตงิ านในห้ องมืด
เปรียบเทียบข้ อดีและข้ อเสี ยของฟิ ล์ มและอิมเมจจิงเพลต (ต่ อ)
อิมเมจจิงเพลตตอบสนองปริมาณรังสี เป็ นเชิงเส้ นในย่ านกว้ าง ทา
ให้ สามารถถ่ ายภาพชิ้นงานทีม่ ีความหนาและความหนาแน่ น
ต่ างกันมาก ๆได้
อิมเมจจิงเพลตสามารถลบข้ อมูลปริมาณรังสี ทตี่ กค้ างในแผ่ น
บันทึกภาพได้ ก่อนนากลับมาใช้ ได้ ใหม่ ในขณะทีฟ่ ิ ล์มไม่ สามารถ
ลบได้
ฟิ ล์ มไม่ ต้องใช้ คอมพิวเตอร์ ในการแสดงผลสามารถดูด้วยตาเปล่ า
ได้